Hochtemperaturprüfung mikroelektronischer Schaltkreise
Die Silizium-auf-Isolator-Technologie (SOI-+Technologie) ist allgemein als geeignete Wahl zum Ersatz der herkömmlichen Siliciumsubstrate (Si) während der Herstellung von komplementären Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS) anerkannt. Die SOI-Technologie, mit der eine dielektrische Isolation sowie eine deutliche Reduzierung der Leckströme erreicht werden kann, ist im Bereich des Entwurfs von heterogenen elektronischen Systemen zur Methode der Wahl geworden. Ziel des ATHIS-Projekts war es, die Zuverlässigkeit von CMOS-Transistoren, die auf dieser Technologie basieren, unter Betriebsbedingungen sicherzustellen, die außerhalb des Einsatzbereiches herkömmlicher Halbleitertechnologien liegen. Von den Projektpartnern an der Université Catholique de Louvain (Belgien) wurden mit LDMOS-Transistoren (Laterally Diffused Metal-Oxide Semiconductor) Tests in einer Hochtemperaturumgebung durchgeführt, wie sie in modernen Motoren gefunden werden kann. Um die Ergebnisse der numerischen Bauelementesimulation zu validieren, wurde ein LDMOS-Transistor auf einer extrem dünnen SOI-Schicht hergestellt, deren Dicke unter 80nm lag. Hierbei handelt es sich um die erste qualitative Untersuchung der physikalischen Phänomene, die für die Verschlechterung der Ausgangscharakteristika von LDMOS-Transistoren auf extrem dünnen SOI-Schichten verantwortlich sind. Bei niedrigen und hohen Frontgate-Spannungen konnten verschiedene parasitäre Effekte beobachtet werden: der Kink-Effekt bei niedrigen Spannungen sowie eine Quasi-Sättigung bei hohen Spannungen. Die Ergebnisse von zweidimensionalen numerischen Simulationen, die an der ATLAS-Platform von Silvaco durchgeführt wurden, zeigten eindeutig, dass diese beiden Effekte zur Erzielung einer höheren Durchbruchspannung berücksichtigt werden müssen. Auf Grundlage der verfügbaren experimentellen Ergebnisse sowie der Ergebnisse der Simulationen konnten die optimalen Werte für die geometrischen Parameter wie die Länge der Feldplatte und Länge des Driftgebiets sowie seine optimale Dotierung bestimmt werden. Weitere Kompromisse zwischen den Charakteristika der LDMOS-Transistoren sind Gegenstand der Forschung, um die Leistungsfähigkeit dieser Bauelemente weiter zu verbessern.
