Master-/Diplomarbeiten

In den letzten Jahren haben Trockenätzverfahren bei der Strukturierung von Silicium an Bedeutung gewonnen. Bei der Erzeugung senkrechter Seitenwände tritt ein Nebeneffekt auf, der wegen seines Erscheinungsbildes "Black Silicon" genannt wird. Um die nadelartige Struktur des "Black Silicon" zu beeinflussen oder zu unterdrücken, wird in dieser Arbeit der Mechanismus der Mikromaskierung untersucht. Dazu werden die Grundlagen des reaktiven Ionentiefenätzens und der Oberflächeanalyse dargelegt. Weiterhin wird die Methode der Experimentellen Prozessanalyse vorgestellt. Mit ihr werden die Einflüsse der Prozessparameter auf die Mikromaskierung untersucht. Es kann gezeigt werden, dass besonders die Passivierungsdauer und die Passivierungsleistung diese beeinflussen. Außerdem wird der Einfluss von Waferverunreinigungen und Sauerstoff untersucht. Beide können Ursache für die Mikromaskierung ausgeschlossen werden. Weiterhin werden eine Röntgen Photoelektronen Spektroskopie und der Augerelektronen Spektroskopie durchgeführt. Die Ergebnisse die Oberflächeanalysen lassen den Schluss zu, dass während des ersten Passivierungsschritts eine reine Kohlenstoffschicht auf dem Siliciumsubstrat abgeschieden wird. Es kann gezeigt werden, dass diese Schicht während des Ätzschritts Cluster bilden, die mikromaskierend wirken. In der Arbeit werden mögliche Strukturen der Kohlenstoffschicht vorgestellt. Außerdem werden alternative Methoden der Mikromaskierung vorgestellt.

Die konstante Verkleinerung elektronischer Geräte, sowie der Bedarf der Integration vielfältiger Funktionen auf einem einzigen Chip, haben zur extremen Miniaturisierung elektronischer Bauelemente geführt. - Die Elektronenstrahllithographie ist einer der Schlüsseltechnologien um Strukturen im Nanometerbereich auf Wafern zu übertragen. - MAPPER Lithography BV hat ein neues Konzept von Elektronenstrahllithographie entwickelt. Es erlaubt Strukturen auf Wafern zu übertragen, unter Verwendung eines masklosen Systems, das 10.000 parallelen, einzeln ansteuerbare, Strahlen einsetzt. - Kern der Maschine ist das Aperturenfeld, das der Hauptelektronenstrahl teilt. - Kontamination und strukturelle Fehler in der Struktur der Aperturen können Fehlfunktion hervorrufen. Einen Verfahren zur Reinigung von Aperturenfeldern und eine Optimierung ihres Herstellungsprozesses wird in dieser Arbeit dargelegt. - Methoden zur Beseitigung der Kontamination auf Siliziumstrukturen werden untersucht und verglichen. - Weiterhin wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit ein Simulationsprogramm entwickelt, das eine effiziente Modellierung von Sputterprozesse erlaubt. - Durch ein effizientes Reinigungsprozess, sowie durch Zeit- und Materialersparnis mit Hilfe rechnergestützter Simulation konnte die Produktivität bedeutend gesteigert werden.

Die Bildung von Pulver während der Abscheidung von mikrokristallinem Silizium und dessen Abtransport durch das Pumpsystem wurde an den großfertigungsnahen Anlagen der ersol Thin Film GmbH untersucht. Das Ziel ist dabei die Entwicklung einer schnellen, unkomplizierten in situ-Detektion von Siliziumpulver im Pumpleitungssystem zur Verhinderung kapitaler Ausfälle der Vakuumpumpe und Verlängerung der Wartungsintervalle. Im Weiteren besteht das Ziel aus einer Untersuchung der Solarzelleneigenschaften in Abhängigkeit der Prozessparameter im Zusammenhang mit der Pulverbildung im Abscheideprozess. Die vorliegende Arbeit gliedert sich in die folgenden zwei Hauptteile: Im ersten Teil werden verschiedene Methoden der Pulverdetektion evaluiert. An einem im Rahmen dieser Arbeit entworfenen Sensor wird die Pulverbildung in Abhängigkeit der Prozessparameter Leistung, Silanfluss und Druck untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit werden die im Zuge der Pulveruntersuchung abgeschiedenen Zellen elektrisch charakterisiert. Hier werden ebenfalls Abhängigkeiten von den Prozessparametern diskutiert. Abschließend werden die Ergebnisse der Pulverbetrachtung und der elektrischen Charakterisierung der Zellen gegenübergestellt und in Bezug zur industriellen Fertigung betrachtet.

Da in der Medizin und in der Pharmazie die Untersuchung von Flüssigkeiten zum Alltag gehört gab es während der letzten Jahre ein verstärktes Interesse an Sensoren für die Untersuchung von kleinsten Probenvolumen. Die Verwendungen dieser Sensoren sollte zu einer Kostenminimierung führen und die insitu-Messung ermöglichen. Dabei erwiesen sich Si-Sensoren als chemisch wenig stabil, weshalb sich Sensoren der Gruppe-III-Nitride durchgesetzt haben. In dieser Arbeit werden AlGaN/GaN-pH-Sensoren genauer untersucht und mit Hilfe des Simulationsprogramms nextnanoџ eine Verifizierung der Messergebnisse durchgeführt. In der Diplomarbeit werden zahlreiche Experimente beschrieben, die zur Charakterisierung der AlGaN/GaN-Sensoren durchgeführt wurden und darlegen konnten, dass die Sensoren nicht nur auf eine Änderung des pH-Wertes reagieren, sondern auch auf in der Lösung befindliche Ionen. Die Messungen zeigten, dass die Sensoren, selbst bei gleichem Aufbau und Herstellungsprozess, nicht die gleichen Reaktionen auf gleiche Einflüsse zeigten. Auch die Eigenschaften konnten trotz gleicher Weiterverarbeitung und Präparation variieren. Bei den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Schichtstruktur einen Einfluss auf die Charakteristik der Sensoren besitzt. So ist die Reproduzierbarkeit von der Dicke der AlGaN-Schicht abhängig. Auch wurde ersichtlich, dass die Sensoren mit nur 10 nm AlGaN-Schichtdicke große Schwankungen sowohl in den Sensitivitäten als auch in der Referenzspannung zeigten. Die im Weiteren betrachteten Sensoren (mit einer 15 sowie 17 nm dicken AlGaN-Schicht) wiesen dagegen eine gute Reproduzierbarkeit und eine große Stabilität des Arbeitspunktes auf. Vergleicht man die Sensitivitäten dieser Sensoren, so wird deutlich, dass mit zunehmender Schichtdicke der AlGaN-Schicht die Reproduzierbarkeit zunimmt. Weitere Experimente zeigten Einflüsse der Lösungsmittel, der Titranten sowie der Messsysteme. So zeigte sich die Instabilität und der Memoryeffekt der Polyimid-Passivierung. Es war möglich, mit Hilfe der Messungen die Relevanz der Referenzelektrode darzustellen. Mit Hilfe des Simulationsprogramms nextnanoџ konnten einige allgemeine Simulationen durchgeführt werden. Weiterhin wurden die Messungen nachempfunden und die Messergebnisse mit den Simulationsergebnissen verglichen.

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Charakterisierung und Funktionalisierung von Aluminium Gallium Nitrid/ Gallium Nitrid (AlGaN/GaN) -Sensoren. Der Begriff Funktionalisierung steht dabei für eine zusätzliche, ionenselektive Beschichtung der AlGaN/GaN-Sensoren, um eine Selektivität für Alkali-, bzw. Erdalkali-Ionen zu erreichen. Die Beschichtung wurde mit einer natriumselektiven Polyvinylchlorid (PVC)-Membran mittels Auftropfen (drop coating) und Fixierung durchgeführt. Widerstandsmessungen mit den PVC-Membranen brachten erste Rückschlüsse auf das Selektivitätsverhalten der PVC-Membranen gegenüber ausgewählten Alkali-Ionen. Darüber hinaus wurden die Querempfindlichkeiten der PVC-Membranen bestimmt, die näherungsweise mit dem Stand der Technik vergleichbar sind. Weiterhin wurden elektrische Messungen mit funktionalisierten AlGaN/GAN-Sensoren und Natriumchlorid als Elektrolytlösung durchgeführt, die eine Änderung des Drainstromes gegenüber Messungen mit unfunktionalisierten AlGaN/GaN-Sensoren zeigen. AlGaN/GaN-Sensoren werden als "open gate" Feldeffekttransistoren (FET) aufgeführt und vorwiegend zur Messung von pH-Werten eingesetzt. Das Messprinzip der AlGaN/GaN-Sensoren beruht auf einem leitfähigen, zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Durch Anlegen einer Spannung fließt ein Strom durch den Transistor. Ionische Lösungen können die Leitfähigkeit des 2DEG und somit den Stromfluss durch Änderungen des Potentials am open Gate beeinflussen, welche gemessen werden können. Die Charakterisierung der AlGaN/GaN-Sensoren mit pH-Wertmessungen erfolgte mit drei ausgewählten Messmethoden, der Aufnahme des Drainstromes über der Referenzspannung, der zeitliche Verlauf des Drainstromes und der Titrationsmessung mit Säuren und Basen, wobei gezeigt werden konnte, dass AlGaN/GaN-Sensoren nahezu Nernst'sches Verhalten zeigen und ein lineares Verhalten über einen pH-Bereich von 2 - 10 aufweisen.