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Silizium-Halbleitertechnologie

Coverbild:

Am LEB werden Bauelemente basierend auf Silicium für unterschiedliche Anwendungsbereiche entwickelt, hergestellt und charakterisiert. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB wird ein modernes Reinraumlabor mit umfangreicher Prozesstechnik betrieben. Ausgehend von der  Entwicklung, Charakterisierung und Simulation von Einzelprozessen bilden Forschungsarbeiten zur Entwicklung und Prozessintegration von Bauelementen einen Schwerpunkt der Aktivitäten. 

Projekte:

The overall aim of the STEEP Initial Training Network is to establish a transnational research and training platform for the formation and career development of young researchers on energy beam (EB) processing methods - laser, abrasive waterjet machining and focused ion beam machining - which together represent a scientific field of critical importance for further advancement of European of high value-added manufacturing industry.

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Im Rahmen dieses Vorhabens soll ein optisches Sensorsystem basierend auf Bragg-Gittern entwickelt werden, welches die Messung von Temperatur, Luftfeuchte oder auch eine qualitative und quantitative Analyse von Flüssigkeiten und Gasen ermöglicht. Dafür sollen erstmalig Bragg-Gitter als integriert-optische Sensorelemente durch UV-belichtendes Einschreiben mit einer Phasenmaske in strukturierten Hybridpolymeren realisiert werden. Die Sensorstruktur basiert auf einen planaren Lichtwellenleiter, der in Ausbreitungsrichtung des Lichtes einen periodisch modulierten Brechungsindex aufweist. Diese Modulation führt zu einer Streuung bzw. Reflexion eines Teils des eingekoppelten Lichtspektrums. Die gemessene Reflexionswellenlänge ist abhängig von den Umgebungseinflüssen, wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit, und ermöglicht so deren Quantifizierung.

Entscheidend bei dem Vorhaben ist, dass durch die Nutzung der für diese Anwendung neuen Materialklasse der Hybridpolymere die jeweiligen Vorteile der bisher verwendeten organischen bzw. anorganischen Materialien optimal kombiniert werden. Die Strukturierung der Hybridpolymere zur Erzeugung der Wellenleiter und der optischen Grundstrukturen wird dabei erstmals mit dem Imprintlithografieverfahren UV-SCIL erfolgen, was deutliche Vorteile hinsichtlich des Prozessierungsaufwands, der Vielfalt möglicher Substrate und des lateralen Auflösungsvermögen bei photonischen Strukturen gegenüber bisher realisierten Strukturierungsverfahren mit sich bringen wird. Neben umfangreichen Prozessentwicklungen zur Herstellung von Sensorbauteilen sollen weiterhin die Signaleigenschaften der hergestellten Bauteile untersucht werden und deren Anwendungspotenzial hinsichtlich verschiedener Messgrößen evaluiert werden.

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Der Einsatz von neuen Leistungshalbleiterschaltern auf SiC und GaN erlaubt den Einsatz höherer Schaltfrequenzen in Leistungswandlern. Diese sind Schlüsselkomponenten für energieeffiziente, kompakte Leistungselektronische Systeme und leisten somit einen Beitrag zum Gelingen der Energiewende. Auf Grund der höheren Schaltfrequenzen wirken sich jedoch auch elektrische Schwingungen durch parasitäre elektrische Bauelemente stärker aus, so dass im Leistungswandler Überspannungen auftreten oder die EMV-Richtlinien nicht mehr erfüllt werden können. Eine Möglichkeit diese Schwingungen zu beherrschen und wirkungsvoll zu Bedämpfen ist der Einsatz von Tiefpassfiltern, welche in Form von RC-Bauelementen direkt neben den Leistungsschaltern eingebaut werden können.

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Um den aktuellen Entwicklungen in den Informations-, Kommunikations- und Datenverarbeitungstechniken zu genügen, ist eine weitere Leistungssteigerung bei hochintegrierten elektronischen Bauelementen unabdingbar. Diese ist nur durch eine Veränderung ihrer Architektur in Richtung dreidimensionalen Aufbau bei gleichzeitiger Minimierung der Abmessungen im Nanometer-Bereich vorstellbar. Zu ihrer Funktion benötigen elektronische Bauelemente Bereiche mit hohen Konzentrationen von Dotieratomen (z.B. Bor, Phosphor, Arsen). Diese werden in aktuellen Technologien durch Implantation hergestellt. Bei diesem Dotierungsprozess werden die Dotieratome in einem elektrischen Feld beschleunigt und in den Halbleiter geschossen. Neben vielen Vorteilen der Methode steht jedoch auch eine Schädigung der kristallinen Struktur der Halbleitermaterialien. Darüber hinaus wird es zusehends schwieriger, dreidimensionale Strukturen durch die Ionenimplantation herzustellen. Als alternativen Dotierungsprozess soll deshalb in diesem Projekt die Diffusion der Dotieratome aus hochdotierten Oxidschichten untersucht werden, die durch Atomlagenabscheidung mit Dicken im Nanometerbereich hergestellt werden. Ziel des Projekts ist die Entwicklung bzw. Verbesserung der entsprechenden Abscheideprozesse sowie die Charakterisierung und Modellierung der darauffolgenden Diffusionsprozesse.

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Kontaktpersonen:

Beteiligte Wissenschaftler: