SiC-Services

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

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-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

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

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-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.

Charakterisierung

  • Dynamisches Umschaltverhalten von Bauteilen
  • Bruchsicherheit von Gate-Regelkreisen
  • EMC-Charakterisierung und Optimierung

Simulation

  • Analytische Beurteilung von Konverter-Topologien
  • Optimaler Betriebspunkt für Leistungs-Halbleiter und passive Bauteile
  • Festlegung der Randbedingungen via elektro-thermischer Co-Simulation

Prototypen

  • Bidirektionale Konverter (DC/DC und AC/DC)
  • Induktive Ladesysteme für elektrische Fahrzeuge
  • Ultrahohe Leistungsdichte bis 100 kW / l und Umschalt-Frequenzen bis 1 MHz
  • Multiport-Konzepte mit niedrigstem Profil

Publikationen

 

Broschüren als PDF

 

Weitere Services am IISB

Prototy-Fabrik

π-Fab

Industrie 4.0

Dr. Production

Fahrzeugelektronik

EV Test Center