Operando und in-line Analytik

In den vergangenen Jahren sind die Anforderungen an die Variabilität und an die Funktionalität von Halbleitergrundmaterialien für Anwendungen in der Leistungs- und Kommunikationselektronik enorm gewachsen. In diesem Bereich spielen vor allem Verbindungshalbleiter eine große Rolle. Diese Werkstoffe weisen physikalische Eigenschaften für solche Anwendungen auf, die denen des etablierten Siliziums überlegen sind. Darüber hinaus sind Defekte in diesen Materialien Kandidaten für die Realisierung isolierter Quantenzustände für künftige hochempfindliche Quantensensoren oder ultraleistungsfähige Quantencomputer.

Wir haben fundierte Expertise in der Charakterisierung der optischen, strukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von unterschiedlichen Kristall- und Wafer-Materialien. Dies ermöglicht uns, Servicemessungen innerhalb einer kurzen Rücklaufzeit für unsere Kunden durchzuführen. Gegenstand unserer Forschung ist die operando Charakterisierung, das bezeichnet die Untersuchung von (Test-)Bauelementen im Betrieb. Derartige Messungen ermöglichen, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Bauelementen zu testen. Bei einer umfassenden Defektanalyse in einem frühen Stadium der Materialentwicklung können so für die Zuverlässigkeit der Bauelemente kritische Defekte identifiziert werden. Gemeinsam mit unseren Kunden finden wir Lösungen, um diese kritischen Defekte zu vermeiden.

Optische Halbleitercharakterisierung

Anwendungsorientierte Materialcharakterisierung und Defektanalyse von Halbleiterwerkstoffen, Kristallen und Epitaxieschichten

Im Rahmen von Forschung und Dienstleistung führen wir die Materialcharakterisierung von Halbleiterwerkstoffen, Kristallen und Epitaxieschichten mittels optischer Defektspektroskopie durch.  

Kerngebiete:

  • Mikro-Raman-Spektroskopie
  • Photolumineszenz-Spektroskopie (PL)

Leistungen:

  • PL-Imaging zur qualitativen Abbildung von lateralen Inhomogenitäten von Ladungsträgern bzw. deren Interaktion mit ausgedehnten Defekten (Ortsauflösung ≥2 µm, Probengröße ≤180 × 180 mm2)
  • Konfokale Mikro-Raman-Spektroskopie zum Monitoring mechanischer Restspannungen und Ladungsträgerkonzentrationen (Ortsauflösung ≥1 µm, Probengröße ≤100 × 100 mm2)
  • Messung der Lateralen Photospannung (LPS) zur Bestimmung von Phasengrenzverläufen beispielsweise in Cz-Si (Probengröße ≤280 × 280 mm2)
  • FTIR-Spektroskopie beispielsweise zur Detektion der Konzentrationen von im Siliziumgitter gelösten Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff (Ortsauflösung ≥15 µm, Probengröße ≤90 × 70 mm2)
  • Entwicklung maßgeschneiderter Messverfahren gemeinsam mit Industriepartnern im Bereich der Metrologie
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Charakterisierung bei tiefen Temperaturen
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Messung der Laserleistung am Objektiv

Strukturelle Halbleitercharakterisierung

Untersuchung mikrostruktureller Defekte mittels hochauflösender Röntgenanalytik

Im Rahmen von Forschung und Dienstleistung führen wir die strukturelle Charakterisierung von Kristallen, Substraten, Epitaxieschichten und Dünnschichtsystemen.

Kerngebiete:

  • Strukturanalytik mittels hochauflösender Röntgenbeugung (HRXRD) und Röntgenreflektometrie (XRR)
  • Qualitative und quantitative Phasenanalyse mittels PXRD und Rietveld-Analyse
  • Mikroskopie: Lichtmikroskopie (VIS, NIR), konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM)

Leistungen:

  • Phasen- und Elementanalytik
  • Ermittlung von Gitterparametern und Eigenspannungen
  • Entwicklung maßgeschneiderter Messverfahren gemeinsam mit Messgeräteherstellern
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Transmissionsdiffraktometer für Pulverbeugung
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Hochauflösendes 5-Achsen Röntgendiffraktometer SmartLab XE

Operando und in-line Analytik

Entwicklung von operando Untersuchungen an elektronischen (Test-)Bauelementen und in-line Analytik von Recyclingprozessen

Im Rahmen unserer Forschung führen wir operando Untersuchungen an elektronischen (Test-)Bauelementen und in-line Analytik von Recyclingprozessen durch. Dabei kommen sowohl bildgebende optische, spektroskopische und röntgenographische Methoden zum Einsatz.

Kerngebiete:

  • Operando Untersuchungen an elektronischen Baugruppen
  • Bildgebendes (spektroskopisches) Prozessmonitoring von Recyclingprozessen
  • Nutzung und (Weiter-)Entwicklung KI-basierter Auswertealgorithmen

Leistungen:

  • Entwicklung und Durchführung von operando und in-line Messtechniken
  • thermochemische Simulation zum Prozessverständnis
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Kühl- und Heizkammer (77 K - 600 K) für Halbleiterproben
© Daniel Karmann / Fraunhofer IISB
Positionierung und Justage auf dem Goniometertisch

Publikationen

Broschüren