Siliziumkarbid (SiC) besitzt viele Eigenschaften die es zu einem hervorragenden Material für den Einsatz in der Leistungselektronik machen. SiC hat eine große Bandlücke, zeigt eine größere Durchbruchsfeldstärke als Silizium, eine gute thermische Leitfähigkeit, eine hohe Sättigungsgeschwindigkeit und eine ausreichend hohe Beweglichkeit. Darüber hinaus erlaubt die natürliche Bildung eines Oxids auf SiC dessen Verwendung in Metall-Oxid-Halbleiter Bauelementen. Die Beweglichkeit der Ladungsträger an der Oberfläche von SiC ist jedoch deutlich geringer als im SiC Material selbst, was die breite Kommerzialisierung von SiC erschwert. Die geringe Oberflächenmobilität ist jedoch keine Materialeigenschaft von SiC, sondern ist auf Defekte an den Grenzflächen zwischen SiC und SiO2 zurückzuführen. Diese Defekte verursachen auch Hysteresen in Strom-Spannungs (I-V) Charakteristiken, Spannungs-Temperatur Instabilitäten (BTI) und die Degradation durch heiße Ladungsträger (HCD). Um all diese Mechanismen modellieren zu können, bedarf es über den idealen SiC Transistor hinaus eine konsistente physikalische Beschreibung der zugrundeliegenden mikroskopischen Defekte. Die Entwicklung und Validierung einer solchen physikbasierten Beschreibung ist das primäre Ziel dieses Projekts. Dabei werden die Effekte, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen, konsistent durch Defekte und deren Vorstufen an Grenzflächen und in Oxiden beschrieben und deren Ladung und Aktivierung durch verschiedene treibende Kräfte behandelt.
Die grundlegende Annahme hierbei ist, dass Defekte im Oxid die Ursache für das Temperaturverhalten, die Hysterese von I-V Charakteristiken und BTI sind, und somit eine umfassende und konsistente Beschreibung dieser Phänomene erlauben. Zusätzlich wird der Einfluss von Defekten an der Grenzfläche auf diese Phänomene überprüft. Defekte an der Grenzfläche werden mittels der Shockley-Read-Hall Theorie modelliert, während Defekte im Oxid durch unser Four-State Non-Radiative Multi-Phonon Modell beschrieben werden. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal dieser Defekttypen sind deren Zeitkonstanten die den Ladungsträgereinfang und ihre Abgabe beschreiben. Für HCD sind beide Defekttypen verantwortlich und entsprechend wird deren Zusammenspiel sorgfältig untersucht. Darüber hinaus werden die Defekteigenschaften sowohl über die Optimierung der Modellparameter, als auch mittels der Zeitkonstanten der Defekte charakterisiert und die Ergebnisse dieser beiden Methoden mit Resultaten von ab initio Berechnungen verglichen.
Diese defektbezogene Betrachtung erlaubt eine umfassende Beschreibung der Degradationsmechanismen und ermöglicht die Voraussage der Alterung mittels Simulationen. Die extrahierten Defekteigenschaften sind von großem Interesse für die angewandte Physik, die Materialwissenschaften und für die Elektrotechnik. Dementsprechend werden die Resultate mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft geteilt und die Modelle über die Portale des Gastinstituts zugänglich gemacht.
