Mathematische Modellbildung und Programmentwicklung für die numerische Simulation des Züchtungsprozesses von Siliziumkarbid (SiC)-Halbleiterkristallen aus der Gasphase

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Das vorliegende Forschungsprojekt ist ein Verbundvorhaben, in dem durch einen Zusammenschluß von 2 Instituten mit den achgebieten Halbleiterkristallzüchtung und -physik bzw. numerische Simulation von Herstellungsprozessen in der Werkstofftechnik ein numerisches Modell des SiC-Wachstumsprozesses erarbeitet werden soll, das zu einem besseren Verständnis des SiC-Kristallzüchtungsvorganges führt. Davon wird für die Praxis eine Verbesserung der Kristallqualität und im besonderen auch der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erwartet. Während der bisherigen Projektlaufzeit wurden die Teile des Gesamtmodells entwickelt und in ein Simulationsprogramm implementiert, die die globale Simulation von Wärme- und Stoffübertragungsprozessen in SiC-Züchtungsreaktoren ermöglichen. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner (Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik, Universität Erlangen-Nürnberg) wurde das bislang realisierte Modell validiert und seine Grenzen ermittelt; das imulationsprogramm wird erfolgreich zur Untersuchung und Optimierung des SiC-Züchtungsprozesses eingesetzt. Im beantragten Förderungszeitraum sollen insbesondere der Sublimationsprozeß in der pulverförmigen Quelle, Wärme- und Stofftransportvorgänge im porösen Quellmaterial sowie die Auswirkung der Änderungen der Quellpulvermorphologie auf den Züchtungsprozeß untersucht werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf mesoskopischen Untersuchungen; entsprechende Forschungsarbeiten werden erstmals durchgeführt. Im Rahmen einer experimentellen Verifizierung der entwickelten Modelle sollen die Wachstumsgeschwindigkeit des Kristalls, morphologische Änderungen des Quellmaterials sowie die Kristallqualität experimentell erfaßt und mit den Aussagen des Modells verglichen werden. Im Anschluß an die Modellverifizierung sind numerische und experimentelle Untersuchungen zur modellbasierten Optimierung der SiC-Züchtungsbedingungen vorgesehen.