Silizium Carbid (SiC) Technologie und Bauelemente

Art der Arbeit

Bachelor-/Masterarbeit/Hiwi-Tätigkeit

Bearbeiter

N.N.

Beschreibung der Arbeit

Silizium Carbid (SiC) eignet sich u.a. wegen seiner großen Bandlücke außerordentlich gut für die Herstellung von elektrischen Bauelementen (z.B. Dioden, Transistoren und Sensoren) für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen und den Betrieb in beanspruchenden Umgebungen (z.B. Strahlung, Temperatur), die mit gängigen Materialen (z.B. Silizium) nicht erschlossen werden können. Das Fraunhofer IISB hat gemeinsam mit der FAU eine SiC Bi-CMOS Technologie entwickelt, mit der Leistungsbauelemente mit typischerweise 1,2 kV Sperrspannung und hochtemperaturfähige Sensoren und integrierte Schaltungen für den Einsatz bei bis zu 600 °C hergestellt werden können.

Die Entwicklung dieser SiC Technologie bringt zahleiche Herausforderungen mit sich, aus denen sich Möglichkeiten für Abschlussarbeiten (Bachelor- und Masterarbeiten) in den folgenden Themenkomplexen ergeben:

SiC-CMOS-Technologie und -Bauelemente

– Ansprechpartner: Alexander May (E-Mail: alexander.may@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Entwicklung von integrierten Schaltungen und Sensoren für Hochtemperaturanwendungen.

– Herausforderung: Grundsätzliche Realisierung von integrierten Schaltungen und Sensoren in SiC und Langzeitstabilität bei hohen Temperaturen.

SiC-Trench-MOSFET-Technologie und -Bauelemente

– Ansprechpartner: Maximilian Szabo (E-Mail: maximilian.szabo@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Reduzierung der Verlustleistung und Verbesserung des Einschaltwiderstands (Ron) von MOSFETs mittels Integration von Grabenstrukturen.

– Herausforderung: Ätzen der Gräben mit anschließendem Verfüllen und Planarisieren zur Herstellung der Gate-Strukturen und der Gate-Elektrode.

SiC Überstromschutzschalter

– Ansprechpartner: Norman Böttcher (E-Mail: norman.boettcher@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Konzeptionierung eines selbst-versorgten und selbst-auslösenden halbleiterbasierten Überstromschutzschalters.

– Herausforderung: Entwurf und physische Realisierung eines Konzepts mit konkurrenzfähigen Spezifikationen im Vergleich zum Stand der Technik.

Optische Materialcharakterisierung

– Ansprechpartner: Julien Körfer (E-Mail: julien.koerfer@iisb.fraunhofer.de)

– Motivation: Kenntnis über Schichtdicke und -zusammensetzung während des Herstellungsprozesses ist essenziell für korrekte Prozessierung.

– Herausforderung: Unbekannte Zusammensetzung oder hohe Oberflächen-rauhigkeit machen neue Charakterisierungsmethoden notwendig.

Die skizzierten Themenkomplexe bedienen sich inhaltlich und methodisch aus den folgenden Aspekten:

  • Modellierung von Bauelementen und Teststrukturen
    • Analytisch in Python oder Octave, zur Bestimmung der physikalischen Zusammenhänge und zur Feststellung von Kausalzusammenhängen.
    • Numerisch in TCAD, zur Abschätzung der elektrischen, thermischen oder mechanischen Eigenschaften eines konkreten Bauelemententwurfs.
  • Entwurf von Schaltungen und Teststrukturen
    • Entwurf und Simulationen analoger und digitaler Schaltungen in Spice oder Cadence.
    • Entwurf der für den Herstellungsprozess verwendeten Fotomasken.
  • Begleitung von Herstellungsprozessen im Reinraum
    • Planung der durchzuführenden Prozessschritte zur Herstellung der Proben und Durchführung von Kontrollschritten (z.B. Mikroskop, Reflektometer).
    • Ggf. Einarbeitung in ausgewählte Anlagen im Reinraum zur Entwicklung benötigter Prozessschritte.
  • Elektrische Charakterisierung von Bauelementen und Teststrukturen
    • Messungen der Strom-Spannungs- oder Kapazitäts-Spannungs-Kennlinien bei höhten Temperaturen oder des Schaltverhaltens von Schaltern.
    • Auswertung der Experimente hinsichtlich technologischer Fragestellungen (z.B. Ladungsträgerkonzentration, Zuverlässigkeit, Leistungskennzahlen).

Falls Du dich für einen konkreten Themenkomplex begeistern kannst oder Du dir vorstellen kannst, dass deine Abschlussarbeit einen der methodischen Schwerpunkte haben soll, schreib gern einen oder mehrere von uns an. Es hilft uns sehr, wenn Du uns deine Bewerbungsunterlagen gleich mitschickst.
Falls Dir mehrere Themen zusagen, können wir gern in einem Kennenlerngespräch gemeinsam herausfinden, welches am besten passt.
Wir freuen uns von Dir zu hören!