Wo elektrische Energie umgeformt und gesteuert wird, kommt Leistungselektronik zum Einsatz. Mit SiC als Halbleitermaterial lassen sich effizientere leistungselektronische Bauelemente herstellen.
Leistungselektronische Bauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) besitzen gegenüber konventionellen Bauelementen auf Siliziumbasis ein hohes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz. Auf SiC basierende Schottkydioden werden bereits seit 2001 erfolgreich z. B. in hochwertigen Netzteilen eingesetzt. Durch Kristalldefekte im Material wurde bei diesen Dioden jedoch die Ausbeute bei der Herstellung beeinträchtigt. Andere – bipolare – Bauelemente konnten bisher nicht kommerzialisiert werden, weil Kristalldefekte im Verdacht standen, die Langzeitstabilität zu limitieren.
Im Projekt wurde deshalb ein grundlegendes physikalisches Verständnis für das Verhalten von Kristalldefekten in verschiedenen Prozessschritten der Bauelementherstellung erarbeitet. Die Auswirkungen der Defekte auf verschiedene SiC-Leistungsbauelemente wurden untersucht und Lösungen zur Vermeidung dieser Defekte erarbeitet. So konnte z. B. gezeigt werden, dass sich besonders kritische Defekte, die sogenannten Basalflächenversetzungen, während des zentralen Prozessschritts der Bauelementherstellung – der Epitaxie – durch geeignete Prozessbedingungen vermeiden lassen. Basierend auf diesem neu erarbeiteten Know-how wurden bipolare Testbauelemente hergestellt und auf ihre Langzeitstabilität untersucht. Hierbei konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass die verbesserte Prozessierung die Langzeitstabilität der Bipolardioden positiv beeinflusst.
Um problematische Kristalldefekte in 4H-SiC künftig zuverlässig nachweisen und klassifizieren zu können, wurde ein klassisches Nachweisverfahren umfassend optimiert und verifiziert. Die Ergebnisse dieser Studie wurden mehrfach auf nationaler und internationaler Ebene ausgezeichnet, u. a. mit dem Hugo-Geiger-Preis 2010 der Fraunhofer Gesellschaft.
