FORCARBON

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR WERKSTOFFE AUF DER BASIS VON KOHLENSTOFF

I. 2 Bildgebendes Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Feldstärke auf Halbleiteroberflächen mit Hilfe der Lochbrennspektroskopie von Diamant

Arbeitsfeld:

Mit Hilfe der laserspektroskopischen Methode des stabilen spektralen Lochbrennens soll ein Verfahren entwickelt werden, welches die Visualisierung der elektrischen Feldstärke auf Halbleiteroberflächen ermöglicht. Mit dieser Methode wurde bereits früher die Messung der Feldstärkeverteilung auf der Oberfläche von metallisierten Al2O3-Keramikträgerplatten durchgeführt, die in der Leistungselektronik verwendet werden. Im Rahmen des geplanten Projekts soll das Verfahren auf halbleitende Bereiche erweitert werden, wobei Farbzentren in Diamant als optischer Sensor eingesetzt werden sollen. Das bisherige Sensormaterial (farbstoffdotierte Polymerfilme) kann aus physikalischen Gründen nicht verwendet werden, da es nur bei Heliumtemperatur eingesetzt werden kann und Halbleiter bei dieser Temperatur zu Isolatoren werden. Die Messung der elektrischen Feldstärke auf Halbleiteroberflächen ist daher nur bei deutlich höherer Temperatur sinnvoll. Farbzentren in Diamant können dagegen auch bei einer Temperatur bis über 200K als E-Feldsensor eingesetzt werden. Die von uns verwendeten speziellen Farbzentren in Diamant sind Defektaggregate, die beim Tempern durch Zusammenlagerung von Stickstoffatomen und Leerstellen erzeugt werden. Stickstoff ist in Diamantmaterialien als Verunreinigung enthalten und die Leerstellen werden durch Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronen erzeugt. Der optische Übergang dieser Farbzentren liegt im nahen Infrarot, einem Spektralbereich, in dem handelsübliche Halbleiterlaser zur Verfügung stehen, was für technische Anwendungen eine wesentliche Vereinfachung beinhaltet. Für die Herstellung einer Sensorschicht soll Diamantpulver in einen Polymerfilm aus dem vollständig amorphen Polyvinylbutyral (PVB) eingebaut werden.
Die Demonstration des Verfahrens auf der Oberfläche von Halbleiterbauelementen soll u.a. an sogenannten Mesastrukturen durchgeführt werden, die in Leistungselektronikbauelementen enthalten sind.