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Masterarbeit: Temperaturabhängige, strukturelle Charakterisierung von Scandium-Aluminium-Nitrid (ScAlN)

Thema der Arbeit:

Um den Energieverbrauch elektrischer Bauelemente zu senken, müssen sowohl Transistoren als auch MEMS im Allgemeinen energieeffizienter sein. Das ternäre Halbleitermaterial ScAlN ist derzeit aufgrund seiner exzellenten piezoelektrischen und ferroelektrischen Eigenschaften von besonderem Interesse. Bei hohen Scandium-Konzentrationen durchläuft dieses Material einen Phasenübergang von der hexagonalen Wurtzitstruktur zur kubischen Steinsalzstruktur. Unter welchen Wachstumsbedingungen und bei welcher Scandium-Konzentration dieser genau passiert, wird noch untersucht. Bei dem Betrieb leistungselektronischer Bauelemente entsteht Wärme, wodurch sich die Materialien ausdehnen. Die Heterostrukturen von Transistoren bestehen aus verschiedenen Verbindungshalbleitern wie AlN, GaN, ScN und ihren ternären Legierungen. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser Materialien unterscheiden sich, was zu Spannungen oder sogar zu Rissen innerhalb der Schicht führen kann. Der Wärmeausdehnungskoeffizient für das neuartige, kubisches ScAlN wurde derzeit noch nicht experimentell bestimmt. Die Volumenänderung des Materials wird mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) durch in-situ-Messungen bei hohen Temperaturen gemessen. Dadurch kann der thermische Ausdehnungskoeffizient α bestimmt werden. Durch ein verbessertes Verfahren der Sputterepitaxie unserer Kooperationspartner, können modernste ScAlN-Heterostrukturen bereitgestellt werden.

 

 AlScN

Details zur Stelle:

  • Übliche Dauer: 6 Monate
  • Beginn: ab sofort
  • Vorkenntnisse:
    • Grundlagen in Festkörper- und Halbleiterphysik sowie Kristallographie sind hilfreich
    • Studium in Sustainable Systems Engineering, Mikrosystemtechnik, Physik, Chemie, Materialwissenschaften, oder einem vergleichbaren naturwissenschaftlich-technischen Fach
  • Eränzend zur Masterarbeit kann eine HiWi-Stelle zur Unterstützung in den wissenschaftlichen Projekten des Lehrstuhls bis max. 40h/Monat angeboten werden

Tätigkeitsbeschreibung:

  • Einführung in die Grundlagen der Röntgenstrukturanalyse von Halbleiternitriden

  • Bestimmung von Gitterparametern und weiterer strukturellen Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 900 °C mittels Röntgendiffraktometrie (XRD)

  • Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten α von kubischen ScAlN-Dünnschichten

  • Berechnung der Spannungen innerhalb der Schicht bei erhöhten Temperaturen

  • Verbesserung der Anpassungsparameter des Debye-Modells zu den Messdaten

 

Wir erwarten:

  • Interesse an der Charakterisierung neuartiger Materialien
  • Freude an der Mitwirkung in einem Team von Forscherinnen und Forschern

 

Wir bieten:

  • Einführung in das Thema und die Messmethodik im Rahmen einer studentischen Hilfskraft

  • Erlernen der selbstständigen Bedienung eines Röntgendiffraktometers in Kombination mit einem Heizdom, welcher Messungen bei erhöhten Temperaturen ermöglicht

  • Gründliche Einführung in den Stand der Forschung an III-V-Halbleitern und einen Arbeitsplatz am INATECH

  • Training in weiteren Charakterisierungstechniken wie z.B. Rasterkraftmikroskopie (AFM), elektrische Messungen (CV, IV), ...

 

Kontakt

Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher

INATECH - Leistungselektronik
Emmy-Noether-Straße 2
79110 Freiburg im Breisgau

oliver.ambacher@inatech.uni-freiburg.de