Intrinsisch isolierende SiC-Substrate: Pulversynthese, keramischer Prozeß und Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Roosen
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 1998 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5385971

SiC-Keramiken haben auf Grund der vorliegenden Verunreinigungen halbleitende Eigenschaften. Gegenstand des Forschungsvorhabens zwischen dem Lehrstuhl für Glas und Keramik und dem Lehrstuhl Werkstoffe der Elektrotechnik ist die Herstellung eines neuartigen keramischen SiC-Werkstoffes, der sich durch einen hohen elektrischen Widerstand und eine kleine Dielektrizitätszahl bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Eine durch diese Eigenschaften gekennzeichnete SiC-Keramik hätte ein hohes Anwendungspotential, z.B. als Werkstoff für die Mikroelektronik im Hochleistungs- und Hochfrequenzbereich. Dotierte SiC-Pulver mit elektrisch aktiven Störstellen zur Kompensation der durch Stickstoffverunreinigung erzeugten Donatorniveaus konnten in den beiden ersten Projektjahren erfolgreich synthetisiert werden. Die Synthesebedingungen wurden hinsichtlich einer höheren Sinteraktivität optimiert. Über das Flüssigphasensintern wurden dichte SiC-Keramiken hergestellt, die nur dann sehr hohe Widerstandswerte bis 7*1010Wcm erreichten, wenn im Temperaturbereich unterhalb der Teilchenumlagerung gesintert wurde und nicht im Bereich des Lösens und Wiederausscheidens. Grund für die dann beobachtete Abnahme des Widerstandes auf Werte 103-104 Wcm ist der vermehrte Einbau von Al als Akzeptor in die SiC-Körner. Dieser Effekt überwiegt den Widerstands erhöhenden Effekt der sich ausbildenden elektrisch isolierenden oxidischen zweiten Phase. Stark widerstandserhöhend wirkten sich geringe Mengen von VSi2 im Pulverbett aus, das als Störstellen-Kompensator den elektrischen Widerstand der SiC-Keramik um bis zu 4 Größenordnungen erhöht. Im dritten und vierten Projektjahr soll die Einstellung hochohmiger Widerstände über 1. eine Verdichtung der dotierten Pulver unterhalb 1850°C oder 2. über eine Verdichtung ohne Flüssigphasen untersucht werden. Im letzteren Fall würde die Auflösung und Wiederausscheidung von SiC ebenso entfallen wie die Ausbildung einer zweiten Phase. Hierzu sind HIP-Versuche notwendig.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen