Fachgebiet Festkörperelektronik kom. Leitung: Dr. Susanne Scheinert

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1 Fachgebiet Festkörperelektronik kom. Leitung: Dr. Susanne Scheinert Arbeitsgruppen: HF- und Nanobauelemente Leitung: PD Dr. Frank Schwierz Leistungsbauelemente und Smart Power IC Leitung: PD Dr. Reinhard Herzer Polymerelektronik Leitung: Dr. Susanne Scheinert

2 Leistungsbauelemente und Smart Power IC Moderne Leistungsbauelemente Trench-MOSFETs für 20V-150V: IGBT und Freilaufdioden für 600V- 3300V Zelloptimierungen mittels Devicesimulation statische und dynamische Charakterisierung Optimierung der internen Freilaufdiode (MOSFET) Technologische Realisierung (Foundry) physikalische Untersuchungen zu Lebensdauerzentren (IGBT,FWD; Parameterermittlung, Einbeziehung in die Devicesimulation)

3 Leistungsbauelemente und Smart Power IC Smart Power- IC Auf der Basis eines umfangreichen IC- Designframeworks und langjähriger Erfahrung werden neue integrierte Bauelemente, Schaltungstopologien und Demonstratoren von integrierten Schaltungen entwickelt. Eine Vielzahl von IC-Technologien, insbesondere für den Mixed- Signal-Entwurf, stehen bei exzellenten Foundry- Partnern weltweit zur Verfügung und sind durch entsprechende Schaltungs- Bibliotheken untersetzt. Die realisierten integrierten Schaltungen können mit geeigneter Messtechnik on-wafer oder im Gehäuse statisch und dynamisch charakterisiert werden. Weitere Arbeitsgebiete Modellbildung für Bauelemente und SPICE - Parameterextraktion Entwicklung von Sensoren (z.b. Temperatur, Strom) und Sensor- Auswerte- ICs Zuverlässigkeit von Leistungsbauelementen und -systemen

4 Leistungsbauelemente und Smart Power IC p+ n+ n+ p+ p trench n+ p p+ Trench- Gate- MOSFET (REM- Aufnahme und Querschnitt der Zelle) n- w (10 µm ) Planarer 1200V NPT- IGBT (Chipfoto und REM- Aufnahme der Zelle) Simulation des Potentialverlaufs einer Dünnschicht- SOI- Diode im Sperrfall

5 Leistungsbauelemente und Smart Power IC Integrierte Sensor- Schaltung MOSFET-Treiber- (3A) und Überwachungs- IC Teststruktur: Hochspannungstransistor (Ubr= 600V) mit Ansteuerstufe IGBT- Gatetreiber mit integrierten 600V- Levelshiftern (1µm, 650V- CMOS- SOI-Technologie)

6 Leistungsbauelemente und Smart Power IC Vorhandene Hard- und Software/ Ausstattung Hardware: für Entwurf und Simulation: leistungsfähige Workstations und PCs für Verifikation an Leistungsbauelementen: Hochspannungsquellen, div. Digital- Speicher-Oszilloskope, curvetracer unterschiedlicher Leistung, Schaltmessplätze für Leistungsbauelemente und Module (bis 3.5kV, 300A) für Verifikation an integrierten Bauelementen und Schaltungen: div. programmierbare Quellen, hochauflösende I, U, R, L und C- Messgeräte, arbiträre Funktionsgeneratoren, div. Digital- Speicher- Oszilloskope, Logik- Analysator, halbautomatisches Agilent- Testsystem, Waferprober für 6- und 8-inch- Wafer mit Präzisions- Thermochuck, Software: für Bauelemente-Simulation: TeSCA, ISE-TCAD für IC-Design: Cadence- Framework, Eldo, PSTAR, Catena-tools für Parameterextraktion: IC-CAP

7 Polymerelektronik / Anwendungen Q: Philipps OLED/Display Samsung: 21-Zoll- Display Q:Siemens Polymerelektronik RFID OFET für OLED Q:Siemens Solarzellen

8 Polymerelektronik in Ilmenau Glove-Box Messplätze Stickstoffatmosphäre zur Verhinderung der Dotierung durch Sauerstoff

9 Polymerelektronik Präparation Strukturen: MIS-Kondensatoren und Feldeffekttransistoren Materialien: aktive Schicht aus PVP, P3AT, Pentacen Isolator entweder SiO 2 oder PMMA usw. Technologie: Schichten aus der Lösung mit spin-coating Kontakte aufdampfen oder sputtern Lithografie (niedrigauflösend) und weitere übliche Methoden (ätzen, lift-off usw.)

10 Polymerelektronik Messmethoden und Zielstellung: Schichtcharakterisierung mit Ellipsometrie und AFM Materialparameter (Dotierung, Beweglichkeit, Grenzflächenzustandsdichten) mit CV-Messung an MOS- Kondensatoren und IU-Kennlinien von Transistoren Bauelementeeigenschaften durch statische und dynamische Messungen von Transistoren Analytische Abschätzungen und 2D Simulation: Untersuchung der Wirkungsweise durch gezielte Variation der Materialparameter

11 Polymerelektronik source drain source drain SiO 2 Beispiel: Präparation Kurzkanal-OFET n + -silicon gate Si/SiO 2 -Substrate niedrigauflösende Lithografie einfache technologische Schritte organische Materialien aus der Lösung 0.8µm

12 L=0.74µm; w=1000µm Polymerelektronik V GS 3V -> -10V I D (µa) V GS (V) V DS 0V -> -5V V DS -5V -> 0V I D (A) V DS (V) V GS -10V -> 3V V DS (V) V GS höhere Beweglichkeiten Reduzierung der Hysteresen organische Isolatoren