Depth resolved stress gradient and dislocation analyses in III-N multilayer structures

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Aufgrund besonderer Eigenschaften, wie der großen Bandlücke, der hohen kritischen Feldstärke und der guten Thermostabilität, besitzen III-N Halbleiter ein großes Potential für verschiedenste optoelektronische und mikroelektronische Anwendungen. Jedoch kann dieses Potential noch nicht voll ausgeschöpft werden. Ein Hauptgrund ist das Fehlen kostengünstiger Substrate, die alle wichtigen Voraussetzungen erfüllen. Entscheidend sind unter anderem der Unterschied zwischen den Gitterkonstanten als auch der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die thermische bzw. elektrische Leitfähigkeit des Substratmaterials. Mögliche Substrate für III-N Wachstum sind SiC, Al2O3 und Si. Aus wirtschaftlichen Aspekten kommen in der Mikroelektronik jedoch vermehrt Si Substrate zum Einsatz. Der große Nachteil von Si Substrate ist allerdings der große Unterschied zwischen den Gitterkonstanten sowie der Ausdehnungskoeffizienten. Um diese Unterschiede auszugleichen, werden zuerst verschiedenste Zwischenschichten gewachsen, welche das Fundament für die eigentliche Transistorstruktur bilden. Obwohl die mittlere Spannung des fertigen Mehrlagensystems meist vernachlässigbar klein ist, kommt es in den verschiedensten Einzelschichten lokal zu sehr starken Eigenspannungsspitzen. Diese haben einen negativen Einfluss auf die Zuverlässigkeit und bestimmen unter anderem die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit des Transistors. In dieser Arbeit wurden die Eigenspannungsgradienten von verschiedenen Transistor Strukturen, welche aus mehreren AlxGa1-xN Schichten bestehen, untersucht. Bei den einzelnen Schichten unterscheidet man zwischen einer Ankeim-, einer Übergangs-, einer Buffer- und einer Sperr-Schicht. Um einzelne Untersuchungsmethoden vergleichen zu können, wurden folgende Messtechniken angewendet: (i) Fokussierter Ionen Strahl in Kombination mit digitaler Bildkorrelation, (ii) Transmissionselektronenmikroskop, (iii) Röntgenbeugung, (iv) Wafer Krümmung und (v) Raman Spektroskopie. Alle Analysen zeigten hohe Zugspannungen in der Ankeimschicht, einen Wechsel von Druck auf Zugspannung in der Übergangsschicht und eine moderate gleichbleibende Zugspannung in der Bufferschicht. Die Korrelation des Spannungsprofiles mit der Mikrostruktur der Einzelschichten zeigt, dass der Aufbau der Übergangsschicht eine tragende Rolle für das Eigenspannungsgradienten des Mehrlagensystems spielt. Am Ende wurden die Vor- und Nachteile der einzelnen Analysemethoden diskutiert.

Details

Titel in ÜbersetzungTiefenaufgelöste Analyse des Eigenspannungsgradienten und der Versetzungen in III-N Mehrlagensystemen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2017