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- 2020 (1)
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- Doctoral Thesis (1)
Language
- German (1)
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- yes (1)
Keywords
- Ladungskompensation (1)
- RESURF (1)
- Siliziumkarbid (1)
Institute
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Ladungskompensationsstrukturen (vertikale
Super-Junction-Strukturen und laterale RESURF-Strukturen) auf Basis des Halbleitertyps
4H-Siliziumkarbid. Es wurden laterale RESURF-LDMOS-Transistoren für die
Anwendung als Schalter in integrierten Schaltkreisen untersucht, die, aufgrund einer
implantierten Stickstoffschicht als Kompensationsschicht zur p-Typ Epitaxieschicht, hochsperrend
sind. Durch einen Vergleich der gemessenen Daten verschiedener Modelle, hinsichtlich
der Dimensionierung und Dotierstoffkonzentrationen, mit TCAD-Simulationen,
konnten Designregeln für den LDMOS-Transistor aufgestellt werden. Weiterhin zeigten
Simulationen, dass durch eine Optimierung der Kompensationsschicht figure-of-merit-
Werte im Bereich von 40–50 MW/cm2 möglich sind. Diese Werte
sind hinsichtlich der einfachen RESURF-Struktur im Vergleich zur Literatur überdurchschnittlich
hoch. Eine Erweiterung des RESURF-LDMOS-Transistors wäre eine weitere
Kompensationsschicht innerhalb der Bestehenden. Hierfür wurden Teststrukturen in
Form von RESURF-Dioden untersucht. Die Kompensationsschicht ist Aluminium-dotiert
innerhalb einer n-Typ Epitaxieschicht und wurde mittels „Einzelschuss“-Hochenergie-
Ionenimplantation mit Energiefilter-Technologie realisiert. Es wurde im Rahmen der
Arbeit eine Oxidmaskierung einer Dicke von ca. 4 µm entwickelt, für Implantationsenergien
bis zu 6,6 MeV und Eindringtiefen bis zu 2 µm. Die Dioden sperrten bis ca. 700 V.
Weiterhin wurde im Rahmen der Arbeit eine defektbasierte Ladungskompensation in
Aluminium-implantierten Schichten untersucht. Die Auswirkungen einer defektbasierten
Kompensation wurden mittels Hall-Effekt- und DLTS-Messungen analysiert. Die Entwicklung
neuer physikalischer Modelle als Anpassungsfunktion an die gemessene freie
Ladungsträgerdichte ermöglichte eine hohe Anpassungsgenauigkeit. Es zeigte
sich, dass Defekte nahe der Leitungsbandkante die Löcherdichte um ca. 40 % reduzieren.
Weiterhin basiert das Modell auf zusätzlichen Störstellen nahe der Valenzbandkante
(EV + (300–500 meV)). Diese Störstellen können donator- oder akzeptorartig sein. Für
Letztere lässt das Modell auf Aluminium-korrelierte Defekte schließen. Hierbei teilt sich
die implantierte Aluminiumkonzentration scheinbar auf das Aluminium-Energieniveau
und auf ein energetisch in der Bandlücke tiefer liegendes Energieniveau näherungsweise im Verhältnis 1:1 auf. Für die Annahme von donatorartigen Störstellen in der unteren
Hälfte der Bandlücke ergibt das Modell einen Kompensationsgrad bis zu 90 %. In der oberen Hälfte der Bandlücke wurden im Rahmen der Arbeit fünf Defekte mittels DLTS detektiert, die vergleichbar mit den Literaturwerten der Defekte EH2, IN3, IN4, IN8
sowie der ON-Defekte sind.