Charakterisierung Strukturelle, chemische, optische, elektronische Eigenschaften

1. CharakterisierungStrukturelle, chemische, optische, elektronische Eigenschaften Projekt IIIPenslHall, DLTS,Admittanz Projekt VIMagerlRöntgen-beugung Projekt VIIStrunkElektronen-mikroskopie Projekt VIIIHundhausenMikro-Raman-spektroskopie Projekt IXFreyTeststrukturen – elektrische Parameter Aufgaben: Defektstrukturen analysieren auf allen Skalen Entstehungsmechanismen ableiten Prozessführungen verbessern

2. Projekt VIIRealstruktur und Wachstums-mechanismen Projekt III Sublimations-züchtung Projekt VIIICharakterisierung des Kristallwachstums durch Projekt VI Charakteri-sierung von Defekten durch Projekt IXCharakterisierung von Teststrukturen Elektronen-mikroskopie Mikro-Raman-spektroskopie Röntgen-beugung Hall, DLTS, Admittanz, I-V - / C-V - Kennlinien nm µm mm

3. Röntgenbeugung zum Erkennen von strukturellen Defekten (Versetzungen, Mosaizitäten, Verzerrungen, Gitterparameter, Einschlüsse, etc.) traditionelle Laborverfahren ( ~ 10 keV), bei Bedarf Erweiterung mit Synchrotronstrahlung (z. B. Phasenkontrastverfahren): Diffuse Streuung (bestrahltes SiC) Profilanalyse (Rockingkurven) Topographie (Schraubenversetzungen in SiC)

4. neue Methoden: hochenergetische Röntgenbeugung (>100 keV) Eigenbau und an Synchrotronquellen :  zerstörungsfreie Analyse von Volumenkristallen / in situ Hochtemperaturuntersuchungen Laue Transmissionsdiffraktometer  Dreikristalldiffraktometer Profilanalyse von Braggmaxima (reciprocal space mapping) zum Trennen von longitudinalen und transversalen Gitterstörungen  Neutronen-bestrahltes 6H SiC

5. Transversal-akustische Phononenmoden · Konfokale Mikroskopie 21R-SiC Laterale Ortsauflösung bis 1mm Tiefenauflösung bis 10 mm 6H-SiC · Mechanische Verspannungen bewirken Frequenzverschiebung der Phononen 15R-SiC Quantitative, ortsaufgelöste Messung von Verspannungen 4H-SiC · Atommasse geht in Phononenfrequenz ein Bestimmung des 13C/12C - Verhältnisses Charakterisierung durch Mikro-Raman-Spektroskopie · Jeder Polytyp hat charakteristisches Spektrum

6. Beispiel: Untersuchung eines 6H-SiC Einschlusses in 4H-SiC · Detektion von Polytypumschlägen (4H – 6H) · 4H-SiC „Minoritätspolytyp“ befindet sich unter Zugspannung (a4H < a6H) · 6H-SiC-Einschluß ist nicht polytypenrein (ca. 10% 4H-SiC)

7. Realstruktur und Wachstumsmechanismen von SiC-Einkristallen • Nano- und mikroskopische Verfahren • Elektronenmikroskopie: Volumen – Abbildung und Analytik • Rastersondenmikroskopie: Oberfläche – Topologie • Themenbereiche • Anwachsprozess: Struktur Grenzfläche Substrat / Kristall • Polytypumschläge, Polytypgrenzflächen: Korrelation mit Strukturdefekten? • Teststrukturen: Strukturelle Ursachen von gemessenem Fehlverhalten

8. Beispiel: Analyse von Polytypeinsprengseln 10 nm 500 nm 50 µm Polytypen und Defekte lokale Gitterabstände, Verzerrungen ‘Wurzel‘ einerMikroröhre Stufen auf Wachstumsfläche

9. Charakterisierung von SiC Teststrukturen - Korrelation von physikalischen und elektrischen Parametern Ziel: Korrelation zwischen Prozeßführung, physikalischen Materialdaten und Bauelementeparametern Fragestellungen (Beispiele): Leckstrom Versetzungen Kennliniendrift Haftstellen Gateoxidintegrität Polytypeneinschlüsse Erniedrigte Schottkybarriere Ausscheidungen

10. Charakterisierung von SiC Teststrukturen - Korrelation von physikalischen und elektrischen Parametern Ansatz: Charakterisierung mittels Teststrukturen: * Analyse der Verteilung über Substrat: „Wafermapping“ * Kennlinien * Zuverlässigkeitsanalyse * Ausfallanalyse incl. Rückpräparation Teststrukturen: * Schottkydiode / pn-Diode * MOS-Kondensatoren * MESFET/JFET

11. -1 10 dielektrischer Durchbruch -3 10 Fowler-Nordheim-Tunnelstrom I M O S U -5 10 Stromdichte (A/cm2) -7 10 -9 10 0 4 8 12 16 2 elektrische Feldstärke (MV/cm) < 2,5 C/cm2 > 10 C/cm2 1 80 0 56 F(z) (%) ln(-ln(1-F(z))) -1 25 Fläche (102cm2) -2 1,7 4,8 -3 9,5 -4 -2 -1 0 1 2 3 4 10 10 10 10 10 10 10 Qbd (C/cm2) Beispiel: Zuverlässigkeitsmessungen an MOS-Strukturen auf 4H-SiC I/V Charakteristik einer MOS-Struktur Wafermapping der Qbd-Werte von MOS- Strukturen Kumulative Ausfall- häufigkeit (Qbd-Analyse) Defektdiche: 2*103 cm-2

12. Querverbindungen innerhalb der Forschergruppe Projekt VI Röntgenbeugung Projekt I M-PVT Verfahren Projekt VII Realstruktur von SiC Projekt II Lösungszüchtung Projekt VIII Mikro-Raman Projekt III Sublimationszüchtung Projekt IX (III) Teststrukturen Projekt IV p-dotierte Isolationsschichten

13. Bedeutung der Projekte III, VI,VII, VIII und IX für das gesamte Vorhaben Hinweise zur Material- und Prozessverbesserung Verbesserung der Polytypreinheit (VI, VII, VIII)Reduzierung von Versetzungen und Mikroröhren (VI, VII)Reduzierung innerer Spannungen (VI, VII, VIII)Optimierung von Teststrukturen (III, VII, IX) Dienstleistung Messung lokaler elektrischer und optischer Eigenschaften (VII, VIII)Korrelierende Untersuchungen, Absicherung von Modellvorstellungen (alle)