Fraunhofer Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) / Fraunhofer Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien (THM)

Hochleistungsmaterialien wie Halbleiter- und Energiematerialien sind elementar, wenn es darum geht, die großen Herausforderungen der Zukunft zu lösen: intelligente Mobilität, Industrie 4.0, Energiewende oder Internet der Dinge. Dabei spielen sowohl die Entwicklung neuer, leistungsfähiger Materialien und die dazugehörigen effizienten Herstellungsverfahren eine große Rolle als auch eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft, die eine wirtschaftliche Wertstoffrückgewinnung ermöglicht.

Das Fraunhofer IISB mit seiner Außenstelle am Fraunhofer Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien (THM) in Freiberg ist Partner von Unternehmen im Rahmen von Industrieaufträgen und öffentlich geförderten Projekten bei der Herstellung, Anwendung und dem Recycling von Halbleiter- und Energiematerialien.

Gefördert durch den Freistaat Sachsen ist das Fraunhofer THM eine Forschungs- und Transferplattform des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS. Gemeinsam werden Halbleiter- und Energiematerialien in neue Anwendungen überführt und zugleich das zukünftige stoffliche Recycling mitgedacht und entwickelt.

Die Gruppe Spektroskopie und Testbauelemente des Fraunhofer IISB am Standort Freiberg beschäftigt sich insbesondere mit der Charakterisierung und Herstellung und Prozessentwicklung für Bauelemente auf Basis von Halbleitern mit großer Bandlücke.

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

Wir haben fundierte Expertise in der Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften von unterschiedlichen Kristall-, und Wafer-Materialien sowie von teil- und vollprozessierten Bauelementen. Dies ermöglicht uns einerseits, Servicemessungen innerhalb einer kurzen Rücklaufzeit für unsere Kunden durchzuführen. Andererseits nutzen wir diese Toolbox, insbesondere die Möglichkeit, verschiedene Testbauelemente herzustellen, um für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Bauelemente kritische Fehler zu identifizieren, deren Entstehung zu verstehen und gemeinsam mit unseren Kunden Lösungen zu finden, wie die kritischen Defekte vermieden werden können.

Ausgehend von einer detaillierten, defektspektroskopischen Charakterisierung von Halbleitermaterialien (insbesondere GaN, SiC, AlGaN, AlN, GaAs, InP) können Testbauelementen in einem frühen Stadium der Materialentwicklung in Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Physik der TU Bergakademie Freiberg hergestellt und charakterisiert werden. Damit sind eine systematische Korrelation der Materialeigenschaften mit den resultierenden Bauelementeigenschaften und die Identifizierung bauelementkritischer Defekte möglich.

An der Zweigstelle des IISB in Freiberg können zudem kundenspezifische Fragestellungen zur Prozessentwicklung bis hin zum Design von Testbauelementen realisiert werden. In unserer flexiblen, voll CMOS ausgestatteten Reinraumlinie können so einerseits Prozesse individuell angepasst als auch andererseits die Materialeigenschaften mit der Leistungsfähigkeit von Bauelementen korreliert und kritische Materialfehler identifiziert werden.