Bachelor and Master Theses, PhD and Engineering Positions

Suche


 

last update: 30-01-2018

Bulk growth of SiC

Siliziumkarbid ist ein Verbindungshalbleiter aus den Elementen Silizium und Kohlenstoff. Das Material ist chemisch inert, temperaturstabil und extrem hart. SiC-Kristalle können verschiedene polymorphe Kristallsymmetrien aufweisen (Polytypie). Für die moderne Leistungselektronik ist der hexagonale Polytyp 4H von großem Interesse. Im Vergleich zu Silizum hat Siliziumkarbid eine zehnmal höhere dielektrische Durchbruchfeldstärke und eine dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit. Durch die Materialeigenschaften sind Bauteile auf SiC-Basis ihren Pendants aus Silizum in der Leistungselektronik überlegen. Die Nachfrage nach hocheffizienten SiC-Bauteilen ist groß und steigt immer weiter. Als Grundlage dafür werden möglichst große und qualitativ hochwertige Wafer aus einkristallinem 4H-SiC benötigt. Hergestellt wird einkristallines SiC über die Gasphase mittels Physical-Vapor-Transport (PVT) Prozessen.

Zum Lehrstuhl WW6 gehört das Kristallzuchtlabor in der Uferstadt in Fürth. Dort stehen PVT-Anlagen, in denen SiC-Einkristalle gezüchtet werden. Neben der Züchtung findet dort auch die weitere Prozesskette zur Herstellung von SiC-Wafern statt. Neben hexagonalem 4H-SiC wird auch ein Wachstumsprozess von kubischem 3C-SiC entwickelt.

 

Masterarbeit: Charakterisierung von 3C-SiC Einkristallen

Kubisches, sogenanntes 3C-SiC unterscheidet sich in seiner Kristallstruktur von den Standardpolytypen 4H-SiC und 6H-SiC und weist physikalische Eigenschaften auf die für Anwendungen in der Optoelektronik und Photovoltaik besonders interessant sind. Das Wachstum von 3C-SiC mit hoher Kristallqualität ist aber noch weitgehend unverstanden. Besonders vielversprechend hat sich in den letzten Jahren die Sublimations-Epitaxie herausgestellt. In Erlangen wurde außerdem ein Transferprozess entwickelt der es ermöglicht CVD gewachsene 3C-SiC-auf-Silizium Schichten zu transferieren und diese hochqualitativen Schichten als Keime in der Sublimations-Epitaxie anzuwenden- Im Rahmen einer Master-Arbeit werden 3C-SiC Einkristalle präpariert und charakterisiert. Hierfür werden unterschiedlichste Methoden verwendet wie z.B. die Raman-Spektroskopie, Photoluminszenz, REM, etc..

contact: philipp.schuh@fau.de

 

Masterarbeit: Planung, Konstruktion und Aufbau eines KOH-Ätzofens zur Durchführung von Defektätzen von hexagonalen SiC-Wafern mit 150mm Durchmesser

SiC- Einkristalle weisen immer Defekte in ihrer Kristallstruktur auf. Typische Defekte sind Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen und Mikroröhren. Um die Defekte sichtbar zu machen, werden SiC Kristalle zu Scheiben verarbeitet und anschließend geätzt. Nach dem Ätzen bilden verschiedene Kristalldefekte unterschiedliche Ätzgrübchen aus. Die Menge an verschiedenen Defekten pro Fläche charakterisiert die Qualität des Wafers.

Da SiC sehr inert ist, gibt es nicht viele in Frage kommende Ätzmedien. Geschmolzenes KOH bei einer Temperatur von ~550°C hat sich als passendes Medium herausgestellt. Mit einer Projektarbeit wäre es möglich, im Vorfeld den Einstieg in das Thema Defektätzen an SiC zu erlangen. Im Rahmen der Masterarbeit soll dann ein Ätzofen aufgebaut werden. Zur Orientierung dient ein bestehender Ätzofen, der Wafer mit einem Kristalldurchmesser von bis zu 75 mm aufnehmen kann. Dessen Grundprinzip kann übernommen werden. In der Planungsphase sollen die Schwachpunkte des bestehenden Konzeptes analysiert werden und in der Konstruktion des neuen Ofens behoben werden. Die Auswahl von passenden Komponenten und die Anfrage bei verschiedenen Herstellern zählen ebenfalls zu den Aufgaben. Nach der Fertigstellung des Ofens soll die Funktionsweise durch erste Ätzversuche gezeigt werden

contact: matthias.arzig@fau.de

 

Bachelorarbeit: Charakterisierung von Querschnitten aus hexagonalen, 100 mm SiC Einkristallen

Um die Herstellungskosten von Bauelementen auf SiC-Basis  zu senken, ist es sinnvoll, SiC-Wafer mit möglichst großen Durchmessern zu verwenden. Dafür müssen SiC-Einkristalle mit möglichst großem Durchmesser gezüchtet werden. Das bringt hohe technologische Herausforderungen mit sich. Inzwischen ist das Wachstum von Kristallen mit einem Durchmesser von 100 mm schon Industriestandard und PVT-Anlagen mit 100 mm Durchmesser sind auf dem freien Markt erhältlich. Neben der Anlage an sich sind aber vor allem die richtigen Prozessparameter wichtig, um möglichst qualitativ hochwertige Kristalle zu züchten. Wichtige Parameter beim PVT Verfahren sind Druck, Temperatur und Temperatur-Gradienten. Durch die Variation dieser Parameter können verschiedenen Wachstumsgeschwindigkeiten und Wachstumsregime sowie Spannungsverteilungen im Kristall gesteuert werden. Im Rahmen einer Studie wurden 3 SiC-Einkristalle mit sogenannten Dotierstoffstreifen gezüchtet. Dabei wurden mehrere Parameter variiert. Aus diesen Kristallen wurden Querschnitte herauspräpariert.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Querschnitte genau zu analysieren, um zu ermitteln, wie sich welcher Parameter auf das Wachstum des Kristalls auswirkt. Hauptanalysemethode ist dabei die Raman-Streuung. Dafür sollen selbstständig Raman-Spektren aufgenommen und ausgewertet werden. Daneben können auch noch andere Analysemethoden (Charakterisierung im optischen Mikroskop, Spannungsdoppelbrechung, Laue-Messung, … ) durchgeführt werden.

contact: matthias.arzig@fau.de.


Epitaxy of SiC

Projektarbeit / Masterarbeit: Ermittlung eines Parameterbereiches für die p-Dotierung von 3C-SiC mit Bortrichlorid (BCl3) in CVD-Prozessen

Hintergrund: Siliziumkarbid (SiC) wird seit einigen Jahren erfolgreich für Bauelemente in der Leistungs­elektronik eingesetzt. Dabei kommt fast ausschließlich die hexagonale Modifikation 4H-SiC zum Einsatz. Aufgrund der ausgeprägten Polytypie bildet SiC mehr als 150 verschiedenen Strukturen aus, die sich teilweise erheblich in ihren physikalischen Eigenschaften unter­scheiden. Die aus technologischer Sicht wichtigsten Polytypen sind 4H-, 6H-, 15R- und 3C-SiC. Die kubische Variante (3C-SiC) gilt als vielversprechendes Materialsystem u. a. für Leistungs­elektronik, Mikroelektromechanische Systeme, Solarzellen, Sensoren und Water-Splitting.

Durch Heteroepitaxie auf Silizium-Substraten, kann 3C-SiC mittler­weile in einer Qualität hergestellt werden, die es ermöglicht erste Bauelemente zu realisieren. Voraussetzung dafür ist u. a. die Möglichkeit, dotierte Schichten herzustellen. Während n-Typ 3C-SiC schon verfüg­bar ist, bereitet die Herstellung von p-leitendem 3C-SiC aktuell noch Schwierigkeiten. Als Dotierstoff für p-Typ 3C-SiC kann während der Epitaxie im CVD-Prozess beispielsweise das Gas Bortrichlorid (BCl3) verwendet werden. Auf diese Weise hergestelltes, Bor-dotiertes 3C-SiC kann daher weitere Möglichkeiten für den Einsatz von kubischem Siliziumkarbid eröffnen.

Aufgabenstellung: Im Rahmen der Arbeit soll ein Parameterbereich ermittelt werden, der es ermöglicht p-typ 3C‑SiC in-situ während des CVD-Prozesses herzustellen. Dazu soll eine Literaturrecherche durchgeführt werden, die sowohl bestehende Arbeiten mit SiC, wie auch Literatur anderer Materialsysteme einschließt.

Hinweis: Im Anschluss an die Projektarbeit besteht die Möglichkeit die Masterarbeit im gleichen Themengebiet anzufertigen.

contact: michael.schoeler@fau.de

 

Formation and characterization of CIGSSe and CZTSSe solar cell materials

Masterarbeit: Charakterisierung von CuInSe2-Solarzellen-Materialien

Hintergrund: Im Bereich der Photovoltaik tun sich Dünnschichtsolarzellen immer mehr als besonders vielversprechend hervor. Verglichen mit einkristallinen Siliziumsolarzellen bieten sie den Vorteil des geringeren Materialverbrauchs, da sie durch höhere Absorptionskoeffizienten nur einen Bruchteil der Schichtdicke benötigen. Der Spitzenreiter unter den Dünnschicht-solarzellen basiert auf dem Chalkopyritsystem CuInxGa1-xSeyS2-y (CIGSSe) und liegt mit einem Rekordwirkungsgrad von 22,6% schon höher als poly-Siliziumsolarzellen (21,3%). Die Herstellungsmethoden der CIGSSe Solarzellen-Absorber basiert basieren auf SEL-RTP und Coevaporation.

Aufgabenstellung: Charakterieisrung von Solarzellenschichtstapeln mittel Rasterelektronenmikroskopie und Photolumineszenz.

contact: msc.matthias.schuster@fau.de


Ammonothermal Growth of Nitride Semiconductor

Masterarbeit: Untersuchung der ammonothermalen Kristallisation von Galliumnitrid mittels in situ Röntgenverfahren

Die Ammonothermal-Synthese ermöglicht die Herstellung von GaN Einkristallen besonders hoher Qualität für Anwendungen in der Leistungs- und Optoelektronik ebenso wie die Synthese neuartiger Nitrid-Materialien. Im Ammonothermalverfahren wird überkritisches Ammoniak bei bis zu 600°C und bis zu 3000 bar als Lösemittel eingesetzt. Aufgrund der technisch anspruchsvollen Bedingungen sind die dem Kristallisationsprozess zugrunde liegenden chemischen und physikalischen Vorgänge bislang nur unzureichend verstanden. In vorangegangenen Arbeiten wurden Messverfahren entwickelt, die eine Erfassung der Vorgänge im Druckbehälter während des Prozesses (in situ) ermöglichen. Hierbei handelt es sich überwiegend um Röntgen-basierte Messverfahren. Die Aufgaben im Rahmen von Abschlussarbeiten umfassen Planung und Durchführung ammonothermaler Kristallisationsexperimente im Hochdrucklabor, Durchführung und Auswertung von in situ Röntgenmessungen sowie ggf. ergänzende Charakterisierung der Proben.

contact: saskia.schimmel@fau.de


Further topics

please contact peter.wellmann@fau.de