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2014

Dissertationen aus dem Jahr 2014

Name Thema / Titel

 

R. Fader
Substratkonforme Imprintlithographie für optische Anwendungen

Datum der Promotion: 10.11.2014
Abstract: Für die direkte Herstellung von mikrooptischen Komponenten oder von Strukturen zur Optimierung des Lichtmanagements in Bauelementen sind Nanoimprintlithographie (NIL) -Verfahren als kostengünstige 3D-Strukturierungsverfahren sehr gut geeignet. Die UV-gestützte Substratkonforme Imprintlithographie (UV-SCIL) ist dabei eines der vielversprechendsten NIL-Verfahren zur industriellen Fertigung der genannten optischen Komponenten. Diese Arbeit zeigt die Entwicklung von UV-SCILPr ägeprozessen, die als industrielle Fertigungsprozesse für optische Komponenten geeignet sind. Dafür wird erstmals ein UV-härtendes, rein organisches Polymer von DELO Industrie Klebstoe, Katiobond OM VE 110707, als Prägelack für UV-SCIL eingesetzt. Damit lässt sich durch die im Vergleich zu allen anderen für UV-SCIL verf ügbaren Prägelacke sehr kurze Belichtungszeit von 20s der Durchsatz des Prägeverfahrens bezogen auf den höchst möglichen bisherigen Durchsatz um 50% steigern. Zur Übertragung der Strukturen von der Polymerschicht in ein Substratmaterial werden Trockenätzprozesse für Silicium und Siliciumoxid entwickelt, bei denen die strukturierte Polymerschicht als Ätzmaskierung dient. Die erreichte Ätzselektivität von Polymer zu Substrat liegt bei allen entwickelten Prozessen jeweils deutlich gröÿer als eins. Hinsichtlich des Einsatzes von UV-SCIL als industrielles Fertigungsverfahren wird in dieser Arbeit zudem die Lebensdauer der PDMS-Prägeformen erstmalig genauer evaluiert und es wird mit einem produktionsnahen Prozess demonstriert, dass mit einer Prägeform 76 Imprints ohne Unterbrechung direkt hintereinander durchgeführt werden können. Es steht somit erstmals ein Richtwert zur Verfügung, der die Lebensdauer einer SCIL-Prägeform im produktionsnahen Einsatz beschreibt. Für Fertigungsprozesse, bei denen zwei Ebenen übereinander geprägt werden müssen, wird auÿerdem für das UV-SCIL-Verfahren die erreichbare Überlagegenauigkeit betrachtet. Die Verschiebung der beiden Ebenen zueinander konnte dabei mit der aktuellen SCIL-Anlage auf weniger als 1µm minimiert werden, was die mechanische Begrenzung der Anlage ist. Darüber hinaus werden in der Arbeit Kapillardrücke untersucht, die als treibende Kräfte hauptverantwortlich für den Prägevorgang sind. Es wird erstmals gezeigt, dass allein durch die Kapillarwirkung die Prägeform teils mit mehr als 2bar in das üssige Polymer gezogen wird. Der letzte Abschnitt dieser Arbeit zeigt die Weiterentwicklung des UV-härtenden Polymers zu einem optisch funktionalen Prägelack, bei dem der Brechungsindex durch Zugabe von geeignet stabilisierten Titandioxid-Nanopartikeln zum Prägelack individuell eingestellt werden kann. Die Brechzahl des Prägelacks kann dabei mit maximal 23wt% Partikelgehalt zwischen 1,54 und auf 1,63 variiert werden. Optische Komponenten mit individuellem Brechungsindex können somit direkt durch Prägen mit UV-SCIL ohne weiteren Prozessschritt hergestellt werden. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit erweitert sich das Anwendungsspektrum für UV-SCIL signikant und sie vereinfacht Prozessentwicklungen für Strukturierungsprozesse mit UV-SCIL zur Herstellung von mikrooptischen sowie photonischen Komponenten.

T. Behrens
Kupfer-Metallisierung für Siliciumcarbid-Leistungshalbleiter zur Steigerung der Lebensdauer

Datum der Promotion: 21.10.2014
Abstract:
[Diese Dissertation ist unter der ISBN 978-3-8440-3357-1 in der Reihe „Erlanger Berichte Mikroelektronik“ im Shaker-Verlag erschienen.]

J. Huang
Zinc Oxide Thin Film Transistors by Radio Frequency Magnetron Sputtering

Datum der Promotion: 20.10.2014
Abstract:

M. Niedermeier
ASIC Based Galvanically Isolated Driver Circuit for the Use in Power Converters for Photovoltaic Applications

Datum der Promotion: 15.10.2014
Abstract:

V. Agudelo
Compact Mask Models for Optical Projection Lithography

Datum der Promotion: 19.09.2014
OPUS FAU Link
Abstract: The transfer of micro and nano patterns into a photosensitive material has alarge number of technological applications. One of this techniques is knownas optical lithography and is widely used in the fabrication process of integratedcircuits (IC). The exposure, as one of the most important steps of alithography process, has a critical influence on the dimension of the featuresin the fabricated IC. A mask contains the pattern that has to be replicatedinto the photosensitive material, which is coated on the top of a semiconductorwafer. A light source illuminates the mask, where diffraction phenomenaoccur. Then, the diffracted light is guided by means of an optical system tocreate a demagnified image of the mask. Modeling and simulation allow adeeper understanding of the image formation, in particular at small scales inthe range of few wavelengths and below.One of the most important aspects for the image formation is the appropriatemodeling of the light diffraction from the mask. When the mask featuresare larger than the wavelength of light, the scalar diffraction theory (Kirchhoffapproach) yields sufficiently accurate results in the computation of thediffraction spectrum. With feature sizes smaller than or comparable to thewavelength, the scalar approximation exhibits a serious limitation. It does notaccount for the three-dimensional mask geometry and related mask topographyeffects. That is why a rigorous description of the light diffraction fromthe mask is required.The propagation of the light through the mask can be rigorously computedusing the Maxwells equations. The effort to accomplish a highly accurate descriptionof the diffracted field, introduces a huge computational expense. Asa consequence, innovative modeling techniques are challenged to compromiseaccuracy and speed in the computation of the diffracted field, as well as in thecomputation of the imaging. So-called compact mask models speed up themask diffraction spectrum and imaging computation, considering the threedimensionalmask geometry and related mask topography effects. These compactmask models introduce methods to improve the accuracy of the Kirchhoffbasedimaging model. This is done by means of a systematic modification ofthe scalar diffraction spectrum or the mask geometry, in order to yield similarresults as the fully rigorous simulations.In this work, three novel compact mask models are formulated. These approachesare considered in the spatial frequency domain. First, a Jones pupilfunction is introduced in the projector to describe amplitude, phase and polarizationeffects, which are introduced by the mask (pupil filtering model).Second, a correction is performed directly on the scalar diffraction spectrum,to tune the diffraction orders that are captured by the pupil of the opticalprojection system (spectrum correction model). Finally, an artificial neuralnetwork approach is considered. The artificial neural networks are trainedusing the scalar diffraction spectrum as input and the rigorous spectrum astarget. The outcome of this training process is a neural network capable ofreproducing a diffraction spectrum that approximates the rigorous spectrum,which is obtained from electromagnetic field simulations.The proposed compact mask models account for and compensate mask topography-induced effects even at image planes out of focus. This allows to preservethe accuracy of the image computation in lithography simulations, at areasonable computational cost compared to the rigorous mask model.

C. Strenger
Herstellung und Charakterisierung von Metall-Oxid-Halbleiter-Kondensatoren und Feldeffekttransistoren auf 4H-Siliciumcarbid

Datum der Promotion: 26.06.2014
Abstract:
[Diese Dissertation ist unter der ISBN 978-3-8440-3495-0 in der Reihe „Erlanger Berichte Mikroelektronik“ im Shaker-Verlag erschienen.]

A. Wolf
Modellierung von Ausheilprozessen für ionenimplantierte einkristalline Siliziumsolarzellen

Datum der Promotion: 17.06.2014
Dissertation im Volltext
Abstract: Um das Jahr 2012 wurde die Ionenimplantationstechnologie für die Solarzellendotierung durch starke Kostensenkung konkurrenzfähig. Die Kostensenkung wurde durch den Einsatz von Plasmaimplantationsanlagen ermöglicht, die einen Durchsatz von mehr als 2000 Siliziumscheiben pro Stunde erreichen. Die Ionenimplantation öffnet nun die Tür für die industrielle Fertigung von hocheffizienten Solarzellen. Die vorliegende Arbeit klärt Schlüsselfragen in der Simulation der dazu benötigten Ausheilprozesse. Dies geschieht durch die Entwicklung von Modellen zur Beschreibung der Reaktionskinetik von Versetzungsringen und des Ausheilverhaltens von Phosphor und Bor. Dabei wird wird meist auf Konzepten aufgebaut, die ursprünglich aus der Mikroelektronik stammen, aber bisher nicht auf die Herstellungsbedingungen von Solarzellen angewendet wurden. Im Vergleich zum Standarddotierverfahren von Solarzellen über Diffusion mit POCl3 als Dotiersto ffquelle ist die Ionenimplantation ein erheblich kontrollierterer Prozess. Sie hat jedoch den unvermeidbaren Nachteil der Schädigung des Siliziumsubstrats. In dieser Arbeit wird untersucht, wie Siliziumscheiben mit implantationsinduzierten Versetzungsringen prozessiert werden müssen, um verlustfrei funktionierende Solarzellen zu erhalten. Dazu wurden bestehende Modellierungsans ätze für die Ausheilkinetik von Versetzungsringen zu einem neuen Modell weiterentwickelt. Dies ist das erste Modell, das den Übergang von stapelfehlerbehafteten zu stapelfehlerfreien Versetzungsringen und deren anschließende Auflösung beschreibt. Es konnte erfolgreich auf die charakteristischen Anforderungen der Solarzellenfertigung angewendet werden. Die zwei wichtigsten Dotieratome für die Solarzellenimplantation sind Phosphor und Bor. Zur Beschreibung des Ausheilverhaltens von Phosphor gibt es keine allgemein gültigen Modelle. Das liegt zum einen daran, dass der schnell-diffundierende Phosphor für die Mikroelektronik uninteressant ist, und zum anderen an der Komplexität seines Diffusions- und Segregationsverhaltens. In dieser Arbeit wurde ein vorhersagekräftiges Modell zur Beschreibung des Ausheilverhaltens von Phosphor für die besonderen Anforderungen der Solarzellenprozessierung entwickelt, kalibriert und angewendet. Dabei wurde eine allgemeine Strategie für die effiziente Kalibration von Modellen erarbeitet, die die Diffusion über zwei Arten von Punktdefekten beschreiben. Das Ausheilverhalten von Bor ist dagegen sehr gut verstanden und vorhersagekräftige Modelle existieren. Die Plasmaimplantationsanlagen der Solarzellenindustrie implantieren jedoch nicht atomares Bor, sondern BF3. Die Diffusion von Bor in Anwesenheit von Fluor unterscheidet sich stark von der Diffusion ohne Fluor. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal ein umfassendes Modell für dieses Problem entwickelt und erfolgreich getestet. Schließlich wurden die neuen Versetzungsring-, Phosphor- und Bormodelle bezüglich ihrer Relevanz für die elektronischen Eigenschaften von Solarzellen untersucht. Insbesondere wurden simulierte Vorhersagen für Versetzungsliniendichten und ihre assoziierten Rekombinationsaktivitäten mit Messungen von Rekombinationsströmen verglichen, die an der Universität Hannover und dem ISFH Hameln durchgeführt wurden. Die erhaltene quantitative Übereinstimmung von Simulation und Experiment ist der erste starke Hinweis darauf, dass Versetzungsringe, und keine anderen Defekte, für die Degradation von Solarzellen durch Implantationsschäden verantwortlich sind. Diese Übereinstimmung bestätigt weiterhin die Gültigkeit des entwickelten Versetzungsringmodells. Durch die Kombination der neuen Prozesssimulationsmodelle mit Bauteilsimulation konnten darüber hinaus mehrere Behauptungen der Literatur überprüft und Hauptfaktoren für die Prozessoptimierung identifiziert werden.