CD-Labor for Computergestütztes Design von Kristallzuchtprozessen

Dieses CD-Labor will neuartige Modellierungsmethoden für die virtuelle Beschreibung von Kristallwachstumsprozessen in der Halbleiterindustrie erarbeiten. Dazu werden physikbasierte und datengetriebene Modellierungsansätze kombiniert um einen möglichst effizienten und vorhersagekräftigen Ansatz zu erhalten.

Halbleiter mit breiter Bandlücke haben ausgesprochen viel Potential für zukünftige Anwendungen in der Leistungselektronik, gerade im Bereich der E-Mobilität: Den Fokus des Labors bildet dabei das in diesem Zusammenhang besonders vielversprechende Siliziumkarbid, kurz SiC. SiC-basierte Bauelemente können bei höheren Spannungen und Temperaturen betrieben werden als es bei Silizium-basierten Bauelementen möglich wäre. Gleichzeitig können die Schaltfrequenzen erhöht werden und die Leistungsverluste sinken dabei auch noch bis auf die Hälfte.

Um die Herstellung hochwertiger SiC-Kristalle als Serienprodukt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung zu ermöglichen, sind allerdings Modellierungsmethoden vonnöten, welche in der Lage sind, die Kristallwachstumsprozesse möglichst präzise vorherzusagen. Um derartige Methoden erarbeiten zu können, muss wiederum eine zentrale Problemstellung gelöst werden: Physikbasierte Modelle zu dem Thema, also solche, die auf dem neuesten Stand des Wissens um die physikalischen Vorgänge des Kristallwachstums basieren, sind zwar grundsätzlich bereits weit fortgeschritten, müssen aber Näherungen verwenden um die Rechnungen durchführen zu können. Auf der anderen Seite könnten datengetriebene Modelle mittels der Verwertung der Ergebnisse erfolgter Experimente zwar höchst hilfreiche Informationen für die Beschreibung des Wachstums von SiC-Kristallen generieren, diese sind aber wiederum durch aktuell noch fehlende „Big Data“ in diesem Themenbereich eingeschränkt: Um optimal zu funktionieren, benötigen Modelle dieser Art, wie ihr Name schon sagt, eine große Datenmenge und setzen dafür eine entsprechende Anzahl an durchgeführten Experimenten voraus – nur fallen diese gerade im Bereich des Kristallwachstums ausgesprochen teuer aus.

Das CD-Labor für Computergestütztes Design von Kristallzuchtprozessen beschäftigt sich daher damit, dieses Problem durch eine Kombination beider Modellarten zu lösen: Sogenannte hybride Modelle sollen entwickelt werden, welche physikbasierte und datengetriebene Modelle miteinander vereinen, um die größte Vorhersagekraft zu erreichen. So soll umfassend und effizient auf eine Methode hingearbeitet werden, um die Wachstumsprozesse der für die Halbleiterindustrie besonders zukunftsträchtigen SiC-Kristalle optimal zu beschreiben und vorherzusagen – und darauf, besagte Methode zukünftig auch auf andere Kristalle übertragbar zu machen.