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INHALTE

Jörg Pezoldt: Projekte

Ultrasensitive Materialien für Nanoelektromechanische Systeme (USENEMS) (B714-09065; Laufzeit: 01.08.2010- 31.07.2013)
Durch ein neu zu etablierendes zerstörungsfreies Verfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaft von neuen Materialien soll die Entwicklung von ultrasensitiven MEMS/NEMS Strukturen erheblich vereinfacht werden. Mit diesem Verfahren sollen dann neuartige MEMS/NEMS Strukturen, die auf neuentwickelten Materialien beruhen, auf biokompatible und alterungsbeständige Anwendungen mit höchster Auflösung entwickelt werden. Solche Anwendungen reichen von der Biologie, der Ultrapräzisions-, Mess- und Wägetechnik, Automotive-Anwendungen bis hin zu Hochfrequenzanwendungen in der Mess- und Funktechnik.

Hauptziel des Vorhabens ist die Qualifizierung und Kalibrierung eines geeigneten Messverfahrens für neuartige MEMS/ NEMS-Strukturen und darauf aufbauend die Bestimmung der elastischen Konstanten nitridbasierter Schichtsysteme sowie titanbasierter Nanolaminate in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und biaxialen Verspannung. Dazu sollen geeignete Strukturen, basierend auf integrierbaren, ultrasensitiven, nanoskaligen Zeiger- und Resonatorsystemen, und Messverfahren etabliert werden, welche die voneinander unabhängige Bestimmung und anschließende Korrelation der elastischen Konstanten und der in den Schichten herrschenden Verspannung erlauben. Aufbauend auf den erarbeitenden Methoden sollen zusätzlich die elastischen Eigenschaften von Graphen in Abhängigkeit der Lagenzahl und Synthesemethode evaluiert werden.

Die entwickelten Strukturen und Meßverfahren, sowie die ermittelten Abhängigkeiten der Materialseigenschaften, bilden die Grundlage für das Design und die Entwicklung halbleiterbasierter MEMS/NEMS für ultrasensitive Sensorik mit spezifischen Anforderungen wie Biokompabilität, chemische Stabilität, Verzicht auf externe Anrege- und Auslesemechanismen uvm.. Darüber hinaus wird die Prognostisierung der Lebensdauer von MEMS/NEMS ermöglicht, sowie die Entwicklung von selbstaktuierenden und diagnostizierenden MEMS/NEMS-Strukturen für die Kraft- und Molekülspektroskopie.

Projektpartner:
Prof. P. Schaaf, FG Werkstoffe der Elektrontechnik, TU Ilmenau Dr. Ch. Schäffel, IMMS GmbH


Holographic interferometric studies and mathemathical modelling of gas phase transport for optimization of RTCVD reactors (Holographische Interferometrie und mathematische Modellierung des Gastransports in RTCVD-Reaktoren) (DLR: RUS-222.52; Laufzeit: 1995 - 1998)


The main objective of the project is the investigation of the heat and mass transfer in single wafer rapid thermal chemical vapour deposition reactors (RTCVD) by in situ visualisation fo the gas flow by holographic interferometry and the numerical and pattern analysis of the obtained holograms. The obtained results were correlated to experiments were the oxidation and deposition kinetics were studied. The experimental investigations were accompanied by the simulation of the gas flow and the heat transfer on the oxidation kinetics and the poly silicon and SiC deposition kinetics. The Obtained experimental and simulation results were applied to optimise the deposition processes and the reactor geometry.

Projektpartner:
Prof. Yu.P. Rainova, Moscow Institute of Electronic Technology (Technical University)


Flash Lamp Supported Deposition of 3C-SiC Films (Blitzlampen unterstützte Abscheidung von 3C-SiC Schichten) (EU: GRD 1-2001-40466; Laufzeit: 2002-2005)

The main objective of the project is to develop large size (75 mm diameter), high quality 3C-SiC films on Si or on SiNSOI substrates and bulk SiC as well as industrial demonstrators for sensors and biomedical applications. In order to improve the quality of the deposited SiC the defect density due to the strain from the interface region must be reduced by several orders of magnitude. This will be realised by FLA with a flash duration in the range of several ms in the earlier stage of the SiC deposition. FLA is the only method for selective annealing in depth because the energy density is absorbed in the defective layer near the interface. The defect density is reduced by two or three orders of magnitude. The FLASiC film is a seed for further epitaxial deposition of 3C-SiC or GaN. The process is a combination of liquid phase epitaxy (LPE) at the interface and high temperature annealing of the uppermost part of the 3C-SiC film.

Projektpartner:
Dr. W. Skorupa, D. Panknin; Halbleitermaterialien (FWIM), Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, FZ Dresden
G. Ferro, Y. Moteil; University Lyon (France)
A. Leycuras; Centre de Recherche sur l’ Heteroepitaxy et ses Application (CRHEA) (France)
R. McMahon; University of Cambridge (UK)
J. Camassel; University of Montpellier (France)
J. Stoemenos; Aristotle University of Thessaloniki (Greece)
P. Godignon; Centro Nacional de Microelectronica (CNM) (Spain)
D. Turover; NOVASIC, Pombliere (France)
S. Rushworth; Epichem Limited (UK)
A. Friedberger; European Aeronautic Defense and Space Company (EADS) (Germany)


Ionenstrahlgestützte Modifizierung der Kristallstruktur multistabiler Materialien Am Beispiel von SiC (Multi-SiC) (DFG: Pe624/1-1, Laufzeit: 1996-1998)

Ionenstrahlen erlauben, es gezielt auf den Phasenzustand und die chemische Zusammensetzung von Festkörpern über die Grenzen der Gleichgewichtsthermodynamik hinaus Einfluss zu nehmen. Somit ist es möglich, in Kombination mit verschiedenen Rekristallisationsverfahren die Kristallstruktur in gewünschter Weise zu beeinflussen. Insbesondere im Fall polytyper Materialien, die in einer Vielzahl von Kristallmodifikationen vorkommen und sich dabei nur in der Schichtfolge entlang einer bestimmten kristallographische Richtung unterscheiden, ist der genannte Sachverhalt von größter Wichtigkeit, da in diesem Fall im allgemainen die herkömmlichen Methoden der Strukturselektion auf der Basis der Gliechgewichtsthermodynamik zu unzureichenden Ergebnissen führen. Das Ziel des Vorhabens bestand in der Untersuchung des Einflusses verschiedener Rekristallisationsverfahren, der Dotierung sowie der Mischkristallbildung auf die Entstehung polytyper Strukturen sowie die Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse auf die gezielte Modifikation der Polytypstruktur.

Projektpartner:
Dr. W. Skorupa,Halbleitermaterialien (FWIM), Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, FZ Dresden


Wechselwirkung von Kohlenstoff mit Siliziumoberflächen (Wechsel-SiC) (DFG: Pe 624/2-1, 2-2; Laufzeit: 1997-2000)

Im Rahmen des Projektes wurde die Wechselwirkung verschiedener Kohlenwasserstoffe und sublimierten Kohlenstoffs mit unterschiedlich orientierten Siliziumsubstraten, sowie die Keimbildung und das Initialwachstum von Siliziumkarbid auf Silizium untersucht. Die unter Ultrahochvakuumbedingungen gewonnenen Ergebnisse wurden mit den unter Normaldruck¬bedingungen im Trägergas Wasserstoff erzielten Ergebnissen korreliert. Der Schwerpunkt der Forschung lag in der Bestimmung der Mechanismen der strukturellen und morphologi¬schen Evolution sowie der Defektbildung an der Grenzschicht Silizium-Siliziumkarbid, die mit Diffusionspartnern zusammenhängen. Das Projektziel bestand in der Erarbeitung eines Verfahrens zur Abscheidung defektarmer einkristalliner SiC-Pufferschichten für eine nach¬folgende Epitaxie von Halbleitern mit großer Bandlücke (Siliziumkarbid, Diamant und Gruppe III-Nitride). Die Untersuchung der Wechselwirkung erfolgte bei unterschiedlichen Kohlenstoffangeboten bzw. – konzentrationen und Temperaturen. Dazu wurden ausgewählte elektronenspektroskopische Analyseverfahren und die Spektralellipsometrie und die Beugung schneller Elektronen im streifendem Einfall (RHEED) in situ verwendet. Ex situ erfolgte eine detaillierte mikroskopische Charakterisierung durch RHEED, analytische und hochaufgelöste Transmissionselektronenmikroskopie in Aufsicht und Querschnitt sowie Atomkraftmikrosko¬pie zur Ermittlung der chemischen und strukturellen Evolution während des Wachstumspro¬zesses. Die gewonnen Erkenntnisse wurden zur Modellbildung für die optische Analytikver¬wendet, um vergleichbare Prozesse unter höherem Arbeitsdruck analysieren zu können.

Projektpartner:
PD J.K.N. Lindner, Institut für Physik, Universität Augsburg (Li 449/8-1, 8-2)
Prof. J.A. Schaefer, Fachgebiet Technische Physik 1, TU Ilmenau


FETs aus nichtpolaren kubischen III-Nitrid Nanostrukturen (KuniFET) (DFG: Pe 624/7-1; Laufzeit: 2008-2010)

Ziel des beantragten Vorhabens besteht in der erstmaligen Realisierung eines Feldeffekttransistors (FETs) aus nichtpolaren III-Nitriden mit kubischer Kristallstruktur im Nanometerbereich für Hochfrequenzanwendungen und die Herstellung logischer Schaltungen aus kubischen III-Nitriden. Die international anerkannte Kompetenz der Gruppe an der Universität Paderborn mit der Epitaxie von phasenreinen kubischen III-Nitriden wird dabei durch die Expertise der Gruppen an der TU-Ilmenau auf dem Gebiet der Nanotechnologie,
Herstellung von karbonisierten Si (001) Substraten und der Bauelementsimulation ergänzt.
Der Gemeinschaftsantrag hat die Bearbeitung folgender Schwerpunkte zum Ziel: (1) Entwicklung eines Herstellungsprozesses für Bauelemente aus kubischen III-Nitriden
und Prozessierung von FETs auf 3C-SiC Substraten. Angestrebt werden Gatelängen im Bereich von 2μm bis in den Submikrometerbereich; (2) Umfassende elektrische Charakterisierung der Transistoren, (3) Experimentelle und theoretische Untersuchung des Ladungstransports in kubischen III-Nitriden und experimentelle Ermittlung von bisher noch nicht gemessenen Parametern, die entscheidend in die Simulation und das Design von FET-Strukturen aus kubischen III-Nitriden für Hochfrequenzanwendungen eingehen; (4) Übertragung der Herstellungsprozesses von FETs aus kubischen III-Nitriden auf karbonisierte 3C-SiC/Si (001) Substrate.

Projektpartner:
apl. Prof. D. As, Department Physik, Universität Paderborn (As 107/4-1)
PD F. Schwierz , Fachgebiet Festkörperelektronik, TU Ilmenau (Schw 729/7-1)



Neue Materialkombinationen für SiC-Feldeffekttransistoren (NEMASIC) (TMWFK: B607-02006; Laufzeit: 2002-2004)

Ziel des Verbundprojektes NEMASIC ist die Entwicklung der Technologie für leistungsfähige SiC-MESFETs zum Einsatz in zukünftigen Kommunikationssystemen und die Nutzung dieser Technologie zur Herstellung experimenteller Transistoren. Die Zielstellung umfaßt Arbeiten auf den Gebieten Halbleitertechnologie, Bauelementeelektronik und Werkstoffwissenschaften. Schwerpunkte bilden die SiC-Epitaxie, die Verfahren zur Herstellung qualitativ hochwertiger Metall-Halbleiter-Kontakte, die Entwicklung weiterer notwendiger Technologieschritte und das Design von SiC-MESFETs. Neben der Entwicklung einer Standard-Technologie wird im Projekt an der Epitaxie von SiC-Mischkristallschichten und an ohmschen Kontakte aus Metallkarbiden gearbeitet. Die letztgenannten Arbeiten gehen deutlich über den heutigen Stand der Technik hinaus und zielen auf eine deutliche Verbesserung des elektrischen Verhaltens der Transistoren.
Das Projekt NEMASIC lag im Rahmen der industrienahen Grundlagenforschung und beinhaltet die folgenden Teilziele: (A) Entwicklung der Schritte einer Standardtechnologie für SiC-MESFETs. Dazu zählen u.a. das epitaktische Wachstum von SiC auf SiC-Substraten, das Ätzen von SiC und die Herstellung von Metall-Halbleiterkontakten auf SiC (Ohmsche und Schottkykontakte); (B) Einfahren der technologischen Prozesse und Realisierung von SiC-MESFETs; (C) Grundlegende Technologieentwicklung für die Herstellung epitaktischer Mischkristallschichten aus SiC und Elementen der Gruppe IV; (D)Grundlegende Materialentwicklung zu ohmschen Kontakten aus Metallkarbiden auf SiC mit verbessertem elektrischen und thermischen Verhalten; (E) Simulation und Design von Standard-SiC-MESFETs und von verbesserten Transistoren mit neuartigen Epitaxieschichten und Kontakten; (F) Begleitende elektrische Charakterisierung der Schichten, Kontakte und Transistoren, komplexe Analyse (AES, RHEED, XRD, TEM) der hergestellten Strukturen und Optimierung der Materialanalysen auf die jeweiligen Werkstoffkombinationen.

Projektpartner:
Prof. T. Doll, Fachgebiet Festköprerelektronik, TU Ilmenau
Apl. Prof. L. Spieß, Fachgebiet Werkstoffe der Elektrotechnik, TU Ilmenau