Maßgeschneiderte SiC-Services

Unsere Expertise im Bereich Siliziumkarbid für Ihre Projekte

In enger Zusammenarbeit mit der hauseigenen Organisationseinheit „π-Fab“ bietet das Fraunhofer IISB umfassende F&E-Services auf Basis von Siliziumkarbid an, die das volle Spektrum von der Material- und Prototypentwicklung bis hin zum Modulaufbau und Mechatronik-Systemen abdecken.
Einzigartige Materialeigenschaften machen Siliziumkarbid (4H-SiC) zum idealen Halbleiter für Hochspannungs- und Hochleistungselektronik. Aber auch zur Realisierung von Sensoren und Detektoren, die unter besonders anspruchsvollen Bedingen zum Einsatz kommen sollen, eröffnen sich neue Anwendungsfelder. Design-Studien, Machbarkeitsprüfungen, Wirksamkeitsnachweise und Prototypherstellung sind dabei nur ein Teil des umfassenden Spektrums, dass unseren Kunden mit der interdisziplinären „SiC-Toolbox“ des IISB zur Verfügung steht.

Vom Material zum System - umfassende Leistungen aus einer Hand

Ausdrückliches Ziel unserer SiC-Services ist es, unseren Kunden das fundierte Know-how und die am IISB entwickelten Technologien zu erschließen, um sie bei der Forschung, Entwicklung und Herstellung in den Bereichen Halbleitergrundmaterialien, Leistungsbauelemente, Aufbau-und Verbindungstechnik sowie elektronische und mechatronische Systemintegration individuell zu unterstützen.
Dabei können wir auf 20 Jahre gemeinsamer Arbeit mit Partnern aus der SiC-Forschung und Halbleiterindustrie aufbauen. Ein Erfahrungsschatz, mit dem sich das IISB an seinem Hauptsitz in Erlangen als Hotspot für Siliziumkarbid etablieren konnte und durch den sich das Institut auch als kompetenten Partner für Auftragsforschung und Entwicklung auszeichnet.

SiC-Kernkompetenzen

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SiC Materialien

SiC-Materialentwicklung

Die Materialentwicklung bildet die Basis der SiC-Services am IISB. Gestützt von unserer Expertise aus den Bereichen Bauelemente und Systeme können wir unseren Kunden zu maßgefertigten Halbleitermaterialien höchster Qualität verhelfen. Dabei bieten wir alle Prozessschritte aus einer Hand an – von der Epitaxie über die Charakterisierung und Simulation bis hin zur Bauelementeprozessierung.

Homoepitaxy

Fraunhofer IISB entwickelt Prozesse für das epitaktische Wachstum auf der Si- und C-Seite von 4H-Siliziumkarbidsubstraten mit unterschiedlicher Verkippung, d.h. mit verschiedenen Verkippungswinkeln und -richtungen. Darüber hinaus ist ein epitaktischer Wachstumsprozes für die Herstellung von Epitaxieschichten mit niedriger BPD-Dichte verfügbar:

Equipment

Horizontale Hot-Wall-Reaktoranlage (VP508GFR)
2 separate Wachstumsschläuche für n- und p-typ-Schichten mit niedriger Kompensation
Waferkapazität: 1 x3 Zoll, 1 x 100 mm

CVD Prozess

Wachstumstemperatur bis zu 1700°C
Vorprodukte: Silan, Propan
Trägergas: Hydrogen
n-Typ durch Nitrogen-Dotierung (N2)
p-Typ durch Aluminium-Dotierung (TMA)

Gängige Vorgaben

Diffusionsschichtdicke: 1 µm bis 60 µm
Dickere Schichten auf Anfrage
n-Typ: 1 x 10¹⁵ cm^-3 < n < 5 x 10¹⁷ cm^-3
p-Typ: 1 x 10¹⁶ cm^-3 < p < 5 x 10¹⁹ cm^-3
Weitere Dotierungsgrade auf Anfrage

Charakterisierung & Defektanalyse

Das IISB kann auf umfassendes Wissen bezüglich der Charakterisierung von strukturellen Defekten in 4H-SiC-Materilaien sowie der elektrischen Charakterisierung von Elektrogeräten zurückgreifen. Die angebotenen Leistungen der Charakterisierung basieren auf den nachfolgend genannten Methoden. Gerne beraten wir unsere Kunden bei der der Wahl der für ihr spezifisches Anliegen passenden Variante:

Epitaxieschichten und Bauteile

SEM mit EDS, CL, EBIC
TEM mit EDS, EELS
Focused-ion-beam-Technologie (FIB)
Röntgentopographie (XRT)
Atomkraftmikroskopie (AFM)

Epitaktische Schichten

Defekt-selektives Ätzen (DSE)
Kapaizitäts-Spannungswert-Messung (C-V)
Fourier-Transformations-Infrarot Spektroskopie (FTIR)
Microwave-Deftected Photoconductivity Decay (µ-PCD)

Elektrobauteile

Elektrische Charakterisierung von Bauteilen(I-V, C-V) bis 500°C
Parameter-Analyse von MOSFETs
Statische und dynamische Charakterisierung von Hochspannungsbauteilen
Automatischer Prober zur Einschätzung der Zuverlässigkeit

SiC Bauteile

SiC-Bauteilherstellung

Wir entwickeln neue SIC-Bauteilkonzepte, welche nicht nur den individuellen Ansprüchen unserer Kunden entsprechen, sondern auch als Lösung für neue und leistungsstärkere Anwendungen zum Einsatz kommen („technology-push“).

Unter Einbezug der Expertise der „Bauteilfertigung“ des IISB soll es Kunden ermöglicht werden eigene Forschung zu betreiben sowie die Entwicklung und Herstellung eigener SiC-basierter Bauteile zu realisieren.

Fortlaufende Prozesslinie

Reinigung via Nasschemie
Photolithographie
PECVD und ALD
Ionenimplantation durch Wafererwärmung (bis zu 6MeV)
Tempern unter verschiedenen Atmosphären bis 1750°C
U.v.m.

Metallisierung
& Verpackung

Kontaktbildung (ohmisch und Schottky)
Deposition und Strukturierung von Metallisierungsschichten und deren Passivierung für Anwendungstemperaturen bis 500°C
Sinter-Prozesse zur Verpackung

Bauteile und Strukturen

Design und Herstellung von Teststrukturen
Fertigung von Leistungselektronik und Sensoren

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SiC-Prototyp-Fabrik

Im Rahmen der IISB-eigenen Prototypfabrik π-Fab bieten wir zusätzlich auch die Entwicklung und Fertigung kundenspezifischer Leistungshalbleiter-Prototypen, wie etwa High-Channel-Mobility-MOSFETs oder UV/ Röntgen-Detektoren, an. Die Herstellung basiert auf einer CMOS-Prozesslinie und deckt sowohl Einzelbauteile, als auch ganze Module bzw. auch spezifische Prozessschritte ab.

Charakterisierung

Statische und dynamische elektrische Analyse von Leistungsgeräten bis 500°C
Robustheit und Zuverlässigkeit

Simulation

TCAD-Simulation für SiC-Bauteile
Entwicklung kompakter Modelle für Strom- und Wärmekreislaufsimulation
Randabschluss für kV-Bauteile

Services

Kundenspezifische Leistungshalbleiter
High-Channel Mobility-MOSFETs
UV- und Röntgen-Detektoren

Mehr Info

SiC Module

SiC-Modulentwicklung

& Anordnung

Aufbauend auf unserer Erfahrung im Bereich SiC-Materialen und Bauteile, entwickeln wir neue Ideen und Anordnungen für individuell angefragte SiC-Module. Zur Verfügung stehen dabei unterschiedliche Die-Attach-Technologien und –Konzepte, High-Speed-Umschalt-Designs sowie beschleunigte Modellierungen für Alterung und Lebenszeit.

Charakterisierung

Dynamische Umschalt-Performance
Aktive und passive Temperaturzyklen
Schertest als Qualitätsmerkmal für Chip-Befestigung
Analyse von Lebenszeit und Fehlermechanismen

Simualtion

Thermisches Management von Chip bis Kühlmittel
Plastische Verformung während aktivem und passivem Cycling
Intermetallische Diffusion zur Hochtemperatur-Chip-Metallisierung
Elektrische Feldverteilung

Services

Maßgefertigte Multi-Chip-Module
Herstellung und Verpackung
Anwendungs-Design für elektrische, thermische, mechanische und anwendungsspezifische Paramter

SiC Systeme

SiC-Mechatroniksysteme

Vom Material zum System – mit der Integration und Optimierung von divers eingesetzen SiC-Mechatroniksystemen, machen wir die Prozesskette der am IISB verfügbaren SiC-Services komplett. Unser Fokus liegt hierbei auf der Beurteilung neuartiger Bauteile in hocheffizienten Leistungselektroniksystemen, der Kostenreduktion durch Systemintegration der Entwicklung innovativer Lösungen für Automobilanwendungen und Energieübertragung.