Új beruházások a félvezető kutatásába

Új beruházások a félvezető kutatásába

Új beruházások a félvezető kutatásban – a Fraunhofer IISB és az Erlangen-Nürnberg Egyetem bővíti a tisztatéri berendezéseket a laboratóriumi szobában.

A Fraunhofer IISB Erlangenben éppen egy új ionimplantációs berendezést üzemelnek be. A közel 15 tonnás és mintegy 3 millió euró értékű nagyberendezést az Erlangen-Nürnberg Egyetem tisztatéri laborjában helyezik el, amelyet közösen üzemeltetnek az IISB-vel. Ezáltal jelentősen bővül a két intézmény lehetősége a félvezetőtechnológia kutatásában és oktatásában mikro-, nano- és teljesítmény-elektronikában.

Az ionimplantáció ma az ipari szabványos eljárás a félvezetők dopálására. Ebben az eljárásban a kívánt dopálóelemek ionjait elektromos térben gyorsítják, és a félvezetőlapok – más néven waferek – felületére lövik ki.

Az energia, sebesség és dózis függvényében, amellyel a külső elemeket a félvezetőbe juttatják, különböző behatolási profilok és mélységek alakulnak ki például egy szilícium waferben. Ezenkívül a dopálószer kiválasztásával céltudatosan beállíthatók a félvezetők elektromos tulajdonságai. Ez alapvető feltétele a modern félvezetőeszközök megvalósításának.

A Fraunhofer IISB Európában az egyik vezető ionimplantáció kutatóintézet, és több évtizedes tapasztalattal rendelkezik ezen a területen. Az IISB új ionimplantációs berendezése egy régebbi modellt vált ki, és az egyik legnagyobb beruházás a jelenleg zajló tisztatéri felszerelés korszerűsítésében Erlangenben, amelyet a Bajor Gazdasági Minisztérium, a Szövetségi Köztársaság és az EU támogatnak. Az új berendezéssel lehetővé válik félvezetőlapok kutatása akár 200 mm átmérővel, szemben a korábbi 150 mm-rel. Emellett jelentősen bővül az ionok gyorsítására szolgáló energia tartománya is.

Ezután egyszerűen töltött ionokat lehet majd előállítani 2-től 270 keV-ig terjedő energiában. Különösen az alacsony energiájú tartományban nagyon vékony implantációs rétegeket lehet majd létrehozni a félvezetőben – ez fontos a folyamatos miniaturizálás szempontjából az eszköztechnológiában. Újdonság az is, hogy akár háromszoros töltésű ionokat is alkalmazhatnak, ami legfeljebb 810 keV energiájú implantációkat tesz lehetővé.

„Az implantált elemek anyagkínálata magában foglalja a szilícium-waferek standard dopálószereit, azaz a bórt, foszfort és arzént, de olyan elemeket is, mint az alumínium és a nitrogén, amelyek a szilíciumkarbid dopálására szolgálnak, egy olyan félvezető, amely különösen magas hőmérsékletű és teljesítmény-elektronikai alkalmazásokban nyújt sok lehetőséget” – magyarázza Dr. Volker Häublein, az IISB ionimplantációért felelős csoportvezetője. Emellett olyan „exotikus” elemeket is lehet implantálni, mint a cézium, rubídium vagy lantán, speciális alkalmazásokhoz, a hagyományos félvezetőtechnológia határain kívül.

A berendezés szállítása és a tisztatérbe való beépítése nagy logisztikai kihívást jelent. Több mint 24 tonna szállítási súly miatt három teherautóra és egy nehéz teherautó-emelőre volt szükség. Egy speciális acélgerendákból és vastag alumíniumlapokból álló szerkezet stabilizálja a laboratórium padlóját a nehéz berendezés alatt. Az egyetem, mint a tisztatéri laboratórium házigazdája, amely Európában az egyik legnagyobb ilyen típusú kutatási és oktatási létesítmény, részt vesz a laboratóriumi szint átalakításában a tisztatéri épületben.

„A modernizált felszerelés tovább fogja erősíteni a szoros, szinergikus együttműködést az IISB és az egyetem között Erlangenben. A kutatási lehetőségek bővítése mellett a tisztatér így rendkívül vonzó környezetet biztosít a műszaki diszciplínák hallgatói számára, például az elektrotechnikában vagy a nanotechnológiában” – mondja Prof. Dr. Lothar Frey, az IISB vezetője és az egyetemi Elektronikus Eszközök Tanszékének vezetője.

A Fraunhofer IISB tisztatéri felszerelésének korszerűsítése támogatásban részesült a Bajor Állami Gazdasági, Infrastruktúra, Közlekedési és Technológiai Minisztérium, a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium, valamint az EU finanszírozásával.

Ábra: A implantációs berendezés szállítása az Erlangen-i Egyetem nagy tisztatéri csarnokába 2012. május 21-én. Fraunhofer IISB