Das freezing out-Phänomen bei Halbleitern muss bei der Entwicklung von hochpräzisen Halbleitersensoren insbesondere bei tiefen Temperaturen berücksichtigt werden.
Bei tiefen Temperaturen werden die Dotieratome nicht vollständig ionisiert, was zu einer Reduktion der Ladungsträgerkonzentration führt (freezing out).
Die bisher verwendeten semi-klassischen Ansätze sind in ihrer Aussage limitiert. Im Projekt freezing-out wurden quantenmechanische Rechnungen und umfangreiche Messungen an Halbleitern im Temperaturbereich von 300K bis 4K durchgeführt. Dies diente dazu, zukünftige Simulationen im MEMS-Bereich und der Halbleiterindustrie in diesem Temperaturbereich auf eine bessere Datenbasis zu stellen und zuverlässiger zu machen.
Der Temperaturbereich von 300 K bis 4 K gewinnt für Mikrosysteme und -komponenten an Bedeutung. Hierzu zählen etwa Detektoren und Temperatursensoren, die entweder als Einzelbauelemente oder in Systemen als integrierte Sensoren mit anderen Bauelementen (z.B. Drucksensoren) Verwendung finden. Zudem wird in Zukunft Sensorik benötigt, die in Zusammenhang mit flüssigem Wasserstoff zum Einsatz kommt (-252,85°C).
Im Projekt „Freezing out“ wurde umfangreiches Datenmaterial für die Ladungsträgerbeweglichkeit und -konzentration bei zahlreichen Dotierungen generiert, welches in die bestehenden Simulationstools implementiert werden kann. Damit werden neue Produktentwicklungen durch die verbesserte Aussagekraft der Simulationsergebnisse deutlich beschleunigt und gleichzeitig werden die Produktentwicklungen kosten- und ressourceneffizienter.
Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Freezing out“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
FKZ: 49VF190056
