Analyse der Wachstumskinetik während der Kristallzüchtung von SiC auf großen Kristalldurchmessern unter Anwendung der gamma-Computer-Laminographie zur in-situ 3D Visualisierung der Wachstumsphasengrenze

• Antragsteller: Dr. Norman Uhlmann; Professor Dr.-Ing. Peter Wellmann
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283974112

Das Vorhaben befasst sich mit der Analyse der Wachstumskinetik von einkristallinem Siliziumkarbid bei ca. 2200 °C und bezieht dabei in-situ Messdaten der Form der Phasengrenze ein, die mithilfe der 3D Computertomographie und µ-Computer-Laminographie live während der Kristallwachstumsexperimente erfasst werden.Ausgehend von den Ergebnissen der ersten Projektphase, fokussieren sich die neuen wissenschaftlichen Fragestellungen auf Wachstumsphänomene bei der Kristallisation auf großen Substratdurchmessern. Das Auftreten von vielfachen Wachstumsfacetten zu Beginn des Kristallisationsprozesses und deren anschließende Koaleszenz soll auf unterschiedlichen Start-Substratorientierungen untersucht werden. Projektziel ist, das in der ersten Projektphase erarbeitete Modell für das laterale Überwachsen von Kristalldefekten und die Aufweitung des einkristallinen Bereichs zu erweitern und zu quantifizieren. Zur Durchführung des Verlängerungsprojektes steht als Vorarbeit eine neu aufgebaute PVT-Züchtungsanlage (Wachstum von SiC Einkristallen mit einem Durchmesser von 150 mm und 200 mm) zur Verfügung. Für die Sichtbarmachung der Wachstumsphänomene an der Phasengrenze beim Wachstum mit großen Kristalldurchmessern soll eine in-situ Röntgen µ-Computer-Laminographie installiert werden, welche erst die Bildgebung in diesem neuen System möglich macht. Durch den großen Durchmesser ist der Kristall für Röntgenstrahlen im Energiebereich von 125 keV und selbst von 160 keV nicht mehr transparent und es muss auf eine diagonale Durchstrahlung im Raum umgestellt werden. Dafür wiederum wird auf die Ergebnisse aus der ersten Projektphase zurückgegriffen, die bereits Abschattungen des Röntgenstrahls bei Kristalldurchmessern von 75 mm berücksichtigt haben. Weiterhin soll für die Analyse der Messdaten und systematische Auswertung der zugrunde liegenden Wachstumsphänomene bei der Kristallisation von SiC eine Datenbank nach dem FAIR-Data-Prinzip (engl. Findable, Accessible, Interoperable, and Re-usable) etabliert werden. Auf diese Weise sollen alle Prozessdaten bei der Kristallisation und in-situ CT Beobachtung und alle Messdaten der anschließenden Charakterisierungen so abgelegt werden, dass sie systematisch und teilweise maschinell untersucht werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen