Sektion Kristalle für Elektronik

Sektion Kristalline Materialien für Elektronik

Mission

Ziel der Sektion Kristalline Materialien für Elektronik ist es, aus Halbleiterkristallen mit vielversprechenden Volumeneigenschaften Kleinserien von Prototyp-Substraten mit maßgeschneiderten Spezifikationen zu fertigen und diese Forschungspartnern zur Verfügung zu stellen, um dort Innovationen bei Epitaxie- und Bauelemente-Herstellungsprozessen bzw. neue Anwendungen zu ermöglichen. Dazu müssen nicht nur Kristallzüchtungs- und Bearbeitungsprozesse mit Blick auf die Technologiefähigkeit optimiert, sondern auch standardisierte und effiziente Charakterisierungsmethoden materialspezifisch entwickelt werden.

Forschungstätigkeiten

Einkristallines Aluminiumnitrid ist ein aussichtsreiches Substratmaterial für die Herstellung von ultravioletten Leuchtdioden (UV LEDs), die u. a. zur Desinfektion eingesetzt werden. Wir stellen AlN-Substrate mit niedrigen Versetzungsdichten, hoher UV-Transparenz und hoher Oberflächengüte her, damit Projektpartner daraus neue Bauelemente entwickeln. Die entwickelten Prozesse und Technologien sollen später für weitere anwendungsrelevante Materialien angepasst und optimiert werden.

Darüber hinaus betreibt die Sektion die Support Labs "Chemische Metrologie" sowie "Kristallbearbeitung".

Sektionsleiter

Dr. Thomas Straubinger

Tel. +49 30 6392 3123

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Themen

Aluminiumnitrid Kristallzüchtung

Mission

Aluminiumnitrid (AlN) Kristalle werden über physikalischen Gasphasentransport (PVT) in Tiegeln aus TaC oder W gezüchtet und müssen unabhängig von der geplanten Anwendung niedrige Versetzungsdichten und relevante Durchmesser (1“) aufweisen. Voraussetzung für die Herstellung von AlN-Kristallen mit hoher kristalliner Qualität sind neben der Verfügbarkeit von defektarmen Keimen die Vermeidung von Verunreinigungsausscheidungen beim Aufheizen und ein optimales T-Feld Design (z. B. hohes T).

Forschungsaktivitäten

Die Durchmesservergrößerung erfolgt durch eine schrittweise Keimvergrößerung in mehreren aufeinanderfolgenden Züchtungen bei Unterdrückung des parasitären Wachstums und langsamem lateralen Wachstum mittels geeigneter lateraler T-Gradienten. Für die Anwendung als Substrat für UV Emitter wird eine ausreichende Transparenz im angestrebten Wellenlängenbereich benötigt, die durch gezielte Beeinflussung der Konzentrationen der Hauptverunreinigungen O, C und Si beliebig eingestellt werden kann.

Schlüsselpublikationen

Carsten Hartmann, Lucinda Matiwe, Jürgen Wollweber, Ivan Gamov, Klaus Irmscher, Matthias Bickermann, Thomas Straubinger
Favourable growth conditions for the preparation of bulk AlN single crystals by PVT
CrystEngComm
DOI: 10.1039/c9ce01952a

Carsten Hartmann, Jürgen Wollweber, Sakari Sintonen, Andrea Dittmar, Lutz Kirste, Sandro Kollowa, Klaus Irmscher, Matthias Bickermann
Preparation of deep UV transparent AlN substrates with high structural perfection for optoelectronic devices
CrystEngComm
DOI: 10.1039/c6ce00622a

Andrea Dittmar, Jürgen Wollweber, Martin Schmidbauer, Detlef Klimm, Carsten Hartmann, Matthias Bickermann,
Physical vapor transport growth of bulk Al1−xScxN single crystals
Journal of Crystal Growth
DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2018.07.022

 

Kontakt

Dr. Thomas Straubinger

Tel. +49 30 6392 3123

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Substratherstellung

Mission

Am IKZ soll eine technologiefähige Bearbeitungslinie zur flexiblen Bearbeitung und Charakterisierung von Halbleitersubstraten mit Durchmessern bis 2“ aufgebaut werden. Aktuell können am IKZ bereits Demonstrator-Substrate (z. B. Aluminiumnitrid) mit kleinen Durchmessern und hoher Qualität hergestellt werden. Für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien muss der Bearbeitungsaufwand reduziert und die Prozessreproduzierbarkeit erhöht werden.

Forschungsaktivitäten

Zentrale technische bzw. wissenschaftliche Herausforderungen bei der Herstellung von Halbleitersubstraten sind:

  • Verlustarmes Sägen von Kristallen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften, insbesondere von spröden Materialien.
  • Exakte Orientierung von Kristallen bzw. Substraten.
  • Realisierung einer hohen strukturellen Oberflächengüte durch optimale Polierprozesse.
  • Realisierung einer hohen Oberflächenreinheit durch Vermeidung von Verunreinigungseintrag während der Bearbeitungsprozesse und geeignete Endreinigungsprozesse.

Kontakt

Dr. Uta Juda

Tel. +49 30 6392 3095

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Chemische Analyse

Mission

Eine wichtige Voraussetzung für die sichere Beurteilung von Versuchsergebnissen bei der Kristallzüchtung ist die regelmäßige Messung der chemischen Zusammensetzungen und Verunreinigungskonzentrationen von Ausgangsstoffen und Kristallen, sowie die Messung von Oberflächenverunreinigungen auf Substratoberflächen. Deshalb werden am Institut vorhandene Methoden zur chemischen Analyse (z. B. ICP-OES, RFA) stetig weiterentwickelt und neue Methoden etabliert.

Forschungsaktivitäten

Der Fokus der Arbeiten liegt aktuell auf der Entwicklung von ICP-OES Aufschlussrezepten für am Institut hergestellte Oxid- und Fluorid-Kristalle. Technisch wissenschaftliche Herausforderungen dabei sind u. a. die Messung von Si-Verunreinigungen und die Vermeidung von HF-basierten Aufschlussverfahren. Mittelfristig sollen auch Verfahren zur Messung leichter Elemente (z. B. O, C, N) und metallischer Oberflächenverunreinigungen (z. B. Fe) am Institut etabliert werden.

Kontakt

Dr. Andrea Dittmar

Tel. +49 30 6392 2849

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