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Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Gliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
GliederungGliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Eg3eV; leichte Atome; hohe Debyetemperatur
Durchbruchfeldstärke, Barrierenhöhe, Sättigungsdriftgeschwindigkeit, Wärmeleitung
Leistung x Frequenz
Leistungselektronik; hochfrequente Schaltvorgänge; EnergiewandlerEinsparpotential ~ 6 GW in 2030, Ziel des „New Sunshine Program“, Japan
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
GliederungGliederungGliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
• 4H (6H) Substrate (0001), (000-1) 3‘‘ Lely Verfahren• Epischichten; CVD; p-, n-dotiert, 1014 - 1019 cm-3
• Laterale Dotierung: Ionenimplantation• Bauelementeisolation: Mesastrukturen
Bisher realisiert:
Schottky Diode 3.5kV 6A InfineonJFET 2.6kV Ron=60m/cm2 HitachiMOSFET 650V 10...70 cm2/Vsec MitsubishiMESFET fmax =3.8GHz 10W CREEMESFET fGrenz=8.6GHz New Japan Radio
Alternativen: GaN keine GaN-Substrate SiGe für höchste direkter Halbleiter Frequenzen (>1GHz)
p-Dotierung niedrige Leistungen>1GHz, mäßige Leistung
Stand der Technik
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
GliederungGliederungGliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Problembereiche
• Substrate
Defekte: Stapelfehler, Versetzungen, micropipes ~10cm-2
hohe LeitfähigkeitPolytypkontrolle
• Dotierung durch Implantation
Strahlenschäden, TA > Tepi
• Bauelementeisolation durch Mesatechnik
Sidewall Defekte, nicht kompatibel mit Planartechnik
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Forschungskonzept
• Nicht Verbesserungen existierender Technologien, die von der Industrie verfolgt werden
• Bieten Chancen für neuartige, prinzipiell bessere Lösungen
• Sind das originäre Betätigungsfeld universitärer Forschung an der Schnittstelle von Grundlagenforschung und industrieller Entwicklung
Alternative Wege: Kristallzüchtung und Dotierung
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Konzept basiert auf vier Säulen:
• Alternative Kristallzüchtungsverfahren (Vortrag Wellmann)
• Neue Wege in der Dotierung (Vortrag Pensl)
• Theorie der Dotierung (Vortrag Pankratov)
• Charakterisierung (Vortrag Strunk)
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
GliederungGliederungGliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
IV.Realisierung des Forschungskonzepts
7 Lehrstühle der Universität Erlangen-Nürnberg:
3 Exp. Physik: Ley, Magerl, Pensl1 Theoret. Physik: Pankratov2 Werkstoffwissenschaft: Strunk, Winnacker1 Elektronische Bauelemente: Ryssel
• Alle sind bereits in der SiC-Forschung tätig (DFG, BMBF, EU, Bayerische Forschungsstiftung)• Zwischen allen Gruppen bestehen seit längerem bi- bzw. multilaterale Kooperationen• Die nötige Infrastruktur ist vorhanden
Kompetenz, Kommunikation, kritische Masse
170 Veröffentlichungen; 40 eingeladene Vorträge; Organisation von ECSCRM 2000
Universität Erlangen-NürnbergDFG-BegutachtungErlangen, 19./20. November 2001
SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
GliederungGliederungGliederung
I. Potential der SiC-basierten ElektronikII. Stand der Technik und AlternativenIII. Problembereiche und ForschungskonzeptIV. Realisierung des KonzeptsV. UmfeldVI. Zusammenfassung
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
V. UmfeldInternational
Schweden (Linköping, Kista)Frankreich (Grenoble, Montpellier, Paris)Japan (Tsukuba, Tokyo, Kyoto)USA (Raleigh, Pittsburgh, Cleveland)
NationalJena: MBE (Richter), Theorie (Bechstedt)Paderborn: Spinresonanzmethoden (Spaeth)Halle: Positronenannihilation (Krause - Rehberg)München: Bauelementesimulation (Wachutka)
IndustrieInfineon - LEB: Implantation von SICIKZ, Berlin - WW6: 4‘‘ WaferSiCrystal- Angew. Physik, WW6: Weiterentwicklung von LelySiCED - Angew. Physik: Defektcharakterisierung
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SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung
Zusammenfassung
• Konzentration auf Kernprobleme• Forschung an der Schnittstelle zwischen Grundlagen und
Bauelement
• Erwiesene Kompetenz und etablierte Kooperationen• Enge Verbindungen zur Industrie
• Realistische Erfolgsaussichten