Nieuwe investeringen in het halfgeleideronderzoek

Nieuwe investeringen in het halfgeleideronderzoek

Nieuwe investeringen in de halfgeleideronderzoek – Fraunhofer IISB en de Universiteit Erlangen-Nürnberg breiden de apparatuur in de cleanroomlaboratorium uit.

Bij Fraunhofer IISB in Erlangen wordt momenteel een nieuwe installatie voor ionenimplantatie in gebruik genomen. Het apparaat, dat bijna 15 ton weegt en ongeveer 3 miljoen euro kost, wordt opgesteld in de cleanroom van de Universiteit Erlangen-Nürnberg, die samen met het IISB wordt beheerd. Daarmee worden de mogelijkheden van beide instellingen voor onderzoek en onderwijs in de halfgeleidertechnologie voor micro-, nano- en vermogenselektronica aanzienlijk uitgebreid.

De ionenimplantatie is tegenwoordig de industriële standaardprocedure voor het doperen van halfgeleiders. Hierbij worden ionen van de gewenste dopingelementen in een elektrisch veld versneld en op het oppervlak van halfgeleiderschijven – ook wafers genoemd – geschoten.

Afhankelijk van de snelheid of energie en de dosis waarmee de vreemdelementen in de halfgeleider worden ingebracht, ontstaan verschillende indringprofielen en -diepten in het vaste lichaam, bijvoorbeeld een siliciumwafer. Daarmee en door de keuze van het dopestof zelf kunnen de elektrische eigenschappen van halfgeleiders doelgericht worden ingesteld. Dit is een belangrijke voorwaarde voor de realisatie van moderne halfgeleiderelementen.

Het Fraunhofer IISB is een van de leidende onderzoeksinstellingen voor ionenimplantatie in Europa en beschikt over decennia ervaring op dit gebied. De nieuwe ionenimplantator van het IISB vervangt een oudere installatie en is een van de grotere investeringen bij de lopende modernisering van de cleanroomfaciliteiten in Erlangen, die wordt gefinancierd met middelen van het Beierse ministerie van Economie, het federale en het EU. Met de nieuwe installatie zullen onderzoeksactiviteiten mogelijk zijn op halfgeleiderschijven met een diameter van tot 200 mm, in plaats van de huidige 150 mm. Bovendien wordt het energiebereik voor de versnelling van de ionen aanzienlijk uitgebreid.

In de toekomst kunnen eenvoudig geladen ionen worden geproduceerd in een energiebereik van 2 tot 270 kilo-elektronenvolt (keV). Vooral in het lage energiebereik kunnen zo zeer dunne implantatieschichten in de halfgeleider worden gegenereerd – belangrijk voor de voortdurende miniaturisering in de technologie van elektronische componenten. Nieuw is ook het gebruik van tot driemaal geladen ionen, wat implantaties met energieniveaus tot maximaal 810 keV mogelijk maakt.

„Het materiaalspectrum voor de geïmplanteerde elementen omvat de standaarddopestoffen voor siliciumwafers, dus boor, fosfor en arseen, maar ook elementen zoals aluminium en stikstof voor het doperen van siliciumcarbide, een halfgeleider die vooral veel mogelijkheden biedt voor hoogtemperatuur- en vermogenselektronica“, legt Dr. Volker Häublein uit, die als groepsleider bij het IISB verantwoordelijk is voor de ionenimplantatie. Daarnaast kunnen ook zogenaamde „exoten“ voor speciale toepassingen buiten de klassieke halfgeleidertechnologie worden geïmplanteerd, zoals cesium, rubidium of lanthaan.

De levering van de installatie en de ingebruikname in de cleanroom vereisen een grote logistieke inspanning. Meer dan 24 ton transportgewicht vereiste de inzet van drie vrachtwagens en een zware heftruck. Een speciale constructie van stalen balken en dikke aluminium platen stabiliseert de vloer van het cleanroomlaboratorium onder het zware apparaat. De universiteit, als gastheer van de cleanroom, die een van de grootste van zijn soort is voor onderzoek en onderwijs in Duitsland en Europa, draagt bij met de noodzakelijke verbouwing van de laboratordeuren in het cleanroomgebouw.

„De gemoderniseerde uitrusting in de cleanroom zal de nauwe, synergetische samenwerking tussen het Fraunhofer IISB en de Universiteit Erlangen verder versterken. Naast de uitgebreide onderzoeksmogelijkheden vormt de cleanroom daarmee een zeer aantrekkelijke omgeving voor studenten van technische disciplines, zoals elektrotechniek of nanotechnologie“, aldus Prof. Dr. Lothar Frey, directeur van het IISB en hoogleraar elektronische componenten aan de universiteit.

De modernisering van de cleanroomfaciliteiten van het Fraunhofer IISB wordt gefinancierd door middelen van het Beierse staatsministerie voor Economie, Infrastructuur, Verkeer en Technologie, het federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek en de EU.

Afbeelding: Levering van de implantatie-installatie aan de grote cleanroomhal van de Universiteit Erlangen-Nürnberg op 21 mei 2012. Fraunhofer IISB