Andres L (2023)
Publication Language: German
Publication Type: Thesis
Publication year: 2023
Die Einsatzspannung ist entscheidend für die elektrische Charakterisierung von Metall-Oxid-
Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren. Auf Basis der Siliciumtechnologie sind zahlreiche
Methoden und Ansätze entstanden, die Einsatzspannung anhand charakteristischer
Kennlinien des Bauelements zu ermitteln. Mit immer größer werdender Relevanz von
Siliciumcarbid als Halbleiter stellt sich die Frage einer Eignung dieser Methoden bei
SiC-MOSFETs. In dieser Arbeit werden fünf auf der Transferkennlinie des Bauelements
beruhende Methoden zur Bestimmung der Einsatzspannung auf Siliciumcarbid p- und n-MOS-
Transistoren angewendet und die bestehende Temperaturabhängigkeit der Einsatzspannung
untersucht. Das primäre Ziel ist die Ermittlung der Methoden, die bei den vorliegenden Proben
über den betrachteten Temperaturbereich die konsistentesten Ergebnisse liefern. Dabei steht
die Robustheit der Methoden im Vordergrund, die anhand von auftretenden Regel-
mäßigkeiten, aber auch Unstimmigkeiten bewertet werden soll. Für diese Untersuchung
werden ausschließlich Bauelemente herangezogen, die vorher nicht kontaktiert wurden.
Dadurch soll ausgeschlossen werden, dass die Bauelemente elektrischen Stress erfahren
haben, was mit veränderten elektrischen Eigenschaften und damit potenziell fehlerhaften
Schlussfolgerungen hinsichtlich einer Eignung der eigentlichen Methoden einhergehen kann.
Bei den betrachteten Bauelementen handelt es sich um p- und n-MOS-Transistoren auf 4H-SiC
aus der hochtemperaturfähigen IISB-CMOS-Technologie. Die Transferkennlinien dieser
MOSFETs wurden mit einem „Hewlett Packard Precision Semiconductor Parameter Analyzer“
bei Raumtemperatur, 50 °C, 150 °C und 200 °C innerhalb eines Aufheizvorgangs auf-
gezeichnet. Anschließend erfolgte eine Auswertung der Einsatzspannung durch die
entsprechend in Excel implementierten Methoden.
Bei den p-MOS-Transistoren ergeben sich deutlich höhere Einsatzspannungen als bei den n-
MOS-Transistoren. Darüber hinaus zeigt sich bei den n-MOS-Transistoren eine wesentlich
ausgeprägtere Temperaturabhängigkeit der Einsatzspannung. Die Extrapolationsmethode im
linearen Bereich stellt sich bei beiden Transistortypen als äußerst robuste Methode dar, wobei
eine Ermittlung überschätzter Einsatzspannungen naheliegt. Bei den p-MOS-Transistoren
liefern die Transkonduktanz-Extrapolationsmethode im linearen Bereich sowie die
Extrapolationsmethode im Sättigungsbereich die konsistentesten Ergebnisse. Diese beiden
Methoden weisen bei den n-MOS-Transistoren allerdings eine Unstimmigkeit in der
Auswertung auf. Als ungeeignet für eine präzise Bestimmung der Einsatzspannung erweist sich
die Methode der zweiten Ableitung. Die Verhältnismethode liefert Einsatzspannungen, die
den Resultaten der übrigen Methoden signifikant widersprechen und nicht plausibel sind.
Darüber hinaus erfolgte eine Untersuchung potenziell elektrisch gestresster MOSFETs
hinsichtlich der Einsatzspannung. Dabei lässt sich ein signifikant anderes Verhalten als bei den
ungestressten Bauelementen beobachten.
APA:
Andres, L. (2023). Temperaturabhängigkeit der Einsatzspannung von p- und n-MOS-Transistoren auf 4H-SiC (Bachelor thesis).
MLA:
Andres, Leon. Temperaturabhängigkeit der Einsatzspannung von p- und n-MOS-Transistoren auf 4H-SiC. Bachelor thesis, 2023.
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