Analyse und Modellierung quantitativer Transmissionsmessungen per Mikrospektroskopie von Dünnschichtsystemen (Bachelor-/Masterarbeit)
– Ansprechpartner:
Julian Schwarz (M. Sc.)
– Beschreibung:
Durch Mikrospektroskopie, der Kombination eines Mikroskops und eines Spektrometers, können vielfältige Schichtstapel, wie Dünnschichtsysteme oder 2D-Materialien, untersucht werden. Durch komplexe Modellierung via Transfer-Matrix-Methoden ist es möglich Parameter der einzelnen Schichten (z.B. die Dicke) zerstörungsfrei zu ermitteln. Die präzise Bestimmung der Dicke anhand von Reflexionsmessungen wurde an LEB und IISB bereits durch Vorarbeiten an verschiedenen Mikrospektroskopiesystemen bewiesen.
Während Untersuchungen in Reflexion etabliert sind, gibt es zu quantitativen Studien in Transmission wenig Literatur. In der Mikrospektroskopie muss insbesondere bei hoher numerischer Apertur die Einfallswinkelverteilung beachtet werden. In Bezug auf Transmission gibt es hierzu ebenfalls keine Untersuchungen.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen diverse Dünnschichtsysteme an einem Mikrospektroskopiesystem mit verschiedenen Objektiven in Transmission vermessen werden. Dabei ist neben der Modellierung des Einflusses der numerischen Apertur auch die Validierung einer möglichen Referenzprobe für quantitative Analysen zu überprüfen. Ziel der Arbeit ist der Entwurf einer geeigneten Modellierung für quantitative mikrospektroskopische Messungen in Transmission.
Bei raschem Voranschreiten kann auch der Einsatz von linear polarisiertem Licht Gegenstand der Arbeit sein.
Zielgruppe und Qualifikationen:
– Bachelor- oder Masterstudierende (Umfang der Arbeit wird entsprechend angepasst)
– Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik, Mechatronik, Werkstoffwissenschaften und Nanotechnologie
– Interesse an optischer Materialcharakterisierung. Vorkenntnisse im Bereich optischer Mikroskopie sind von Vorteil, aber nicht notwendig
– Grundkenntnisse in der Programmierung (Python, Matlab) sind wünschenswert
– Selbstständige, gewissenhafte Arbeitsweise
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reserviert |
Untersuchung und Optimierung der Prozessparameter von mr-NIL213FC Resist für UV-NIL zur Herstellung von nanoskaligen Strukturen in Si und SiC (Bachelorarbeit)
– Ansprechpartner:
Scharin-Mehlmann, Scharin (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-254 , E-Mail: marina.scharin-mehlmann@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
Wird noch eingestellt.
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Niklas Kardatzki |
Charakterisierung und Modellierung des Durchbruchverhaltens von 4H-SiC Avalanche-Photodioden in Abhängigkeit von Oberflächenpassivierung und Diodendesign (Masterarbeit)
– Ansprechpartner:
Felix Beier (Tel. 09131 /8528631, E-Mail: felix.beier@iisb-extern.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
Photodioden aus Siliziumcarbid (SiC) bieten durch ihre intrinsische Unempfindlichkeit gegenüber sichtbarer und infraroter Strahlung sowie durch eine hohe Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung und hohen Temperaturen wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Photodioden aus Silizium. Um eine erhöhte Sensitivität gegenüber geringen Lichtsensitivitäten zu erreichen, werden erste Prototypen einer SiC-Avalanche-Photodioden (SiC-APD) hergestellt. Durch die interne Verstärkung des Avalanche-Effekts können deutlich höhere Empfindlichkeiten erzielt werden. Jedoch benötigen APDs einen speziellen Randabschluss um Leckströme und ein verfrühtes Durchbrechen der Diode zu vermeiden. Im Rahmen der Bachelorarbeit soll das Durchbruchverhalten von SiC-APDs mit verschiedenen Passivierungen und Designvariationen elektrisch charakterisiert und mit Ergebnissen aus der Literatur sowie mit vorhandenen TCAD-Simulationen verglichen werden.
Eine Ausweitung der studentischen Arbeit (Masterarbeit) ist denkbar. Weitere zu untersuchende Eigenschaften wären zum Beispiel Temperaturabhängigkeit und spektrale Empfindlichkeit der SiC-APDs sowie die Bestimmung der Ionisierungskoeffizienten innerhalb der Dioden.
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Xiaoqiang Xu |
Hall-Messungen an aluminiumimplantiertem 4H-SiC (Bachelorarbeit)
– Betreuer:
Kauth, Julian (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-506 , E-Mail: julian.kauth@iisb.fraunhofer.de)
Dr. Rommel, Mathias (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-108 , E-Mail: mathias.rommel@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
Siliziumkarbid (4H-SiC) ist ein Halbleiter mit einer Bandlücke von 3,2 eV und einer Wärmeleitfähigkeit von 3,7 W/cm/K. Dadurch ist es für Leistungselektronik in herausfordernden Umgebungsbedingungen geeignet. Um Leistungsbauelemente zu optimieren, muss die Löcherkonzentration, die man durch eine bestimmte Dichte implantierter Aluminium-Atome erhält, bekannt sein.
Um die Dichte der aktivierten Akzeptoren zu messen, werden an Teststrukturen Kapazitäts-Spannungs-Messungen (CV-Messungen) durchgeführt. Die Hall-Messung wiederum liefert die Dichte an Löchern in der Teststruktur und lässt so Rückschlüsse auf die Dichte der aktivierten und ionisierten Akzeptoren zu. Eine temperaturabhängige Hall-Messung kann mathematisch modelliert werden, um Materialparameter wie die Ionisierungsenergie zu bestimmen. Mit Hilfe dieser Materialparameter kann man dann die Löcherkonzentration in Bauelementen berechnen.
Im Rahmen der Bachelorarbeit sollen Hall-Messungen an Wafern mit unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration und Ausheiltemperatur durchgeführt und ausgewertet werden.
Es wird vermutet, dass die gemessenen Materialparameter von der Dotierstoffkonzentration und/oder der Ausheiltemperatur abhängen. Der Weg vom implantierten Aluminium-Atom zum leitfähigen Ladungsträger soll nachvollzogen werden
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Maximilian Beck |
Elektrische und optische Charakterisierung von 4H-SiC Lichtemittern (Bachelorarbeit)
– Betreuer:
Jan Dick (M. Sc.)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
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Samuel Ultsch |
Herstellung und Charakterisierung von Schottky-Kontakten mit MOS-Gate (Bachelorarbeit)
– Betreuer:
Jan Dick (M. Sc.)
sowie Department WW
– Beschreibung:
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Bastian Kupfer |
Untersuchungen zu pin-Dioden mit MOS-Gate für Quantenanwendungen (Bachelorarbeit)
– Betreuer:
Jan Dick (M. Sc.)
Jannik Schwarberg (M. Sc.)
sowie Department WW
– Beschreibung:
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Benno Schwemmer |
Untersuchung von laserprozessierten titanbasierten p-Kontakten auf 4H-SiC (Masterarbeit)
– Betreuer:
Dr. Carsten Hellinger (FHG-IISB, Tel. 09131 / 761-590 , E-Mail: carsten.hellinger@iisb.fraunhofer.de)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
Im Rahmen der Masterarbeit sollen titanbasierte Ohmkontakte auf 4H-SiC durch Laserbearbeitung hergestellt werden. Dazu sind neben einer Literaturrecherche zu geeigneten Prozessparametern auch ganzflächige TiAl-Schichten und TLM-Strukturen zur Parameterevaluation herzustellen und diese zu charakterisieren.
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Michael Thum |
Untersuchungen zur Herstellung eines Gate-all-around Transistors (Masterarbeit)
– Betreuer:
Anne-Marie Lang (M. Sc.)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
In der Arbeit soll sich mit planaren und vertikalen MOS-Kapazitäten beschäftigt werden.
Zunächst sollen Tests auf Silizium mit high-k Dielektrika durchgeführt und anschließend elektrisch charakterisiert werden. Dabei sollen u. a. die Einflüsse von Temperatur, Atmosphäre und Dauer auf die Qualität von HfOx untersucht werden. Diese Parameter sollen als Startwerte für die Übertragung auf Ge-MOS Kapazitäten dienen.
Ziel dieser Arbeit soll sein, Startparameter zu finden, die zur Herstellung von Gate-all-around Transistoren dienen.
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Fabian Margerl |
Analyse und Modellierung mikrospektrometrischer Messungen an Dünnschichtsystemen unter Einsatz von Polarisationsoptiken (Masterarbeit)
– Ansprechpartner:
Julian Schwarz (M. Sc.)
Michael Niebauer (M. Sc.)
Prof. Dr.-Ing. habil. Jörg Schulze
– Beschreibung:
Durch Mikrospektroskopie können vielfältige Schichtstapel untersucht werden. Durch komplexe Modellierung via Transfer-Matrix-Methoden können Parameter der einzelnen Schichten wie die Dicke zerstörungsfrei ermittelt werden. Die präzise Bestimmung der Dicke anhand von Reflexionsmessungen wurde an LEB und IISB bereits durch Vorarbeiten an verschiedenen Mikrospektroskopiesystemen bewiesen. Zu Beginn der Arbeit soll die entwickelte modulare Parametrisierung auf ein neu erworbenes System angewendet werden.
Zuerst steht die Bestimmung nötiger Korrekturfunktionen und die Bewertung der Konformität von Messung und Modell mithilfe umfänglich bekannter Referenzproben im Vordergrund. Darauf aufbauend ist die Weiterentwicklung der mikrospektroskopischen Methodik sowohl auf Modell- als auch Praxisebene durchzuführen. Es soll ein fundiertes Verständnis der am neuen System erstmals vorhandenen Möglichkeit der Polarisationsoptik mit linearen Polarisatoren und Analysatoren am Mikrospektroskopieaufbau gewonnen werden. Hierzu gehört die Synchronisation von physischer Polarisationsrichtung und Bildgebung mittels Kamerabild. Im Anschluss ist die akkurate Modellierung von Reflexionsmessungen mit linear polarisiertem Licht nachzuweisen. Ziel der zu entwickelnden Verbesserungen ist die Bestimmung der Kristallachsenorientierung von biaxial (anisotropen) Materialien am Beispiel von schwarzem Phosphor. Die gewonnenen Informationen sollen getrennt von dieser Masterarbeit in einem Promotionsprojekt zur Verbesserung der elektrischen Charakteristik von Feldeffektransistoren aus schwarzem Phosphor verwendet werden, indem die Ladungsträgerbeweglichkeit durch gezielte Orientierung des Kanals optimiert wird.
Eine zusätzliche Option bei schnellem Voranschreiten stellt eine erste grundlegende und systematische Evaluation der bereits grundsätzlich vorhandenen Modellierung von mikrospektroskopischen Transmissionsmessungen dar. Neben der grundsätzlich zu erweiternden Modellierung der Transmission können auch hier aufbauende Untersuchungen mit polarisiertem Licht stattfinden.
Die wesentlichen Ziele der Arbeit sind der Verständnisgewinn über den Einsatz von polarisiertem Licht in der Mikrospektroskopie und die Modellierung solcher Messungen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse sind für die Bestimmung der Orientierung der Kristallachsen von anisotropen Materialien nötig und damit von großer Bedeutung für die Verbesserung der Bauelementeigenschaften aus solchen Materialien.
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Roua Ghzal |