Improving the quality of 4H-SiC/high-k dielectric interfaces Förbättrade egenskaper för gränsskiktet mellan 4H-SiC och dielektrika med hög dielektricitetskonstant Search for high-k dielectrics for 4H-SiC is of vital importance to enhance the performance of 4H-SiC based commercial devices and also for exploring future extreme voltage devices based on SiC, exceeding 10 kV. Today SiO2-technology, inherited from traditional Si manufacturing, is the dominating choice both for passivation layers and as gate dielectrics. This limits the usefulness of SiC and results in low surface mobilities, poor reliability, lower breakdown fields and lower temperature operation than would be the case with a more optimized dielectric layer. Preliminary results show that aluminum oxide (Al2O3) can be a better choice due to its larger dielectric constant and better thermal stability than SiO2. The main objective of the project is to acquire an atomic-level understanding of chemical bonding at the Al2O3/SiC interface. This will help in optimization of the depositions process, also of other high-k dielectrics on 4H-SiC. The goal will be reached by a detailed investigation of the electronic structure, using refined X-ray techniques, in combination with studies of the atomic stoichiometry and positioning of atoms at the interface, using novel ion beam scattering techniques. The research will predominantly be performed in Sweden, using unique resources both for processing and characterization in an environment of other SiC related research. The co-applicant of this proposal is a former PhD student of the main applicant and well acquainted with this environment. Kiselkarbid (SiC) är ett halvledarmaterial som kan användas till att tillverka elektronikkomponenter som tål mycket högre spänningar och temperaturer än dagens kiselkomponenter. Utveckling av materialet har skett under snart 20 år i både Europa, USA och Asien och Sverige har en mycket framskjuten position inom denna forskning. Det är framför allt materialets spänningstålighet (10 gånger större än kisel) och den goda temperaturledningsförmågan (3 gånger större än kisel), som gör att det är så användbart i tillämpningar för höga elektriska effekter. Genom att ersätta dagens kisel-baserade kraftelektronik med SiC-komponenter kan mankraftigt reducera energianvändandet tack vare att SiC-komponenternas effektförluster är betydligt mindre. En ny generation krafthalvledarkomponenter kommer också att göra ny miljövänlig energiproduktion tillgänglig genom att effektivisera reglering och effektuttag för t ex vind- och våggeneratorer. Det kommer också att avsevärt förenkla introduktionen av elbilar och hybridfordon genom att elektroniken blir effektivare och betydligt mindre utrymmeskrävande. Dessutom slipper man stora och tunga vätskekylda system, eftersom man kan klara sig med luftkylning och detta kan vara avgörande för eldrifter av lättare fordon. Idag kan man köpa enklare SiC-komponenter, s k Schottkydioder, som kan användas i spänningsomvandlare, batteriladdare, och andra liknande tillämpningar. Det är dock väldigt svårt att konkurrera med kisel-komponenter, eftersom priset för dessa än så länge är betydligt lägre. Det är framför allt för högre effekter och för mer komplicerade komponenter, transistorer, som fördelarna med SiC kommer till sin rätt och där man kan förvänta sig de stora vinsterna, både ekonomiska och miljömässiga. Med detta projekt vill vi driva på utvecklingen mot dessa högspända SiC komponenter. En av de återstående flaskhalsarna är det material och de tekniker som används för att skydda ?passivera- SiC materialets ytor. Komponenter av SiC arbetar under extremt höga elektriska fält och temperaturer. Själva kiselkarbiden tål detta, men komponenterna måste ju fungera i en omgivning som inte tål sådana påfrestningar. Därför kommer de kontaktmaterial, inkapslingar och omgivande strukturer att vara begränsande för hur hårt kiselkarbiden kan utnyttjas. De största problemen finns just i gränsytan mellan kiselkarbiden och det första omslutande materialet, som oftast utgörs av ett elektriskt isolerande skikt. Idag används en teknologi som lånats från kiselteknologin, nämligen att omsluta SiC med kiseldioxid, SiO2. Detta är främst av praktiska skäl, eftersom teknologin existerar och fungerar hjälpligt för de spänningsnivåer som dagens SiC komponenter når upp till. Kiseldioxid används också som isolering för tänd- och släckbara komponenter som regleras med elektriska fält, s k MOS-transistorer. På sikt, med högre spänningsnivåer och för högre temperaturer, behövs dock andra lösningar än SiO2. I detta projekt ska vi i detalj studera gränsytan mellan SiC och aluminiumoxid, ett annat mycket isolerande material som har visat sig ha bättre egenskaper än SiO2. Denna teknologi är dock ännu inte utvecklad och man behöver lära sig mer om ytpreparering och deponeringsmetoderna innan den kan etablera sig. Dessutom är det ännu tämligen outforskat vad som händer i gränsytan på atomär nivå när SiC beläggs med aluminiumoxid. I projektet ska vi inrikta oss på förståelsen av detta gränsskikt och försöka optimera ytprepareringen och deponeringsparmetrar för att göra gränsskiktet så bra som möjligt. Vi kommer att använda modern röntgenspektroskopi baserad på synkrotronljus för att studera elektronstrukturen i gränsskiktet och även använda ny analysteknik med jonstrålar för att studera positionen av olika atomer på ytan. Detta kompletteras med elektriska mätningar, t ex kapacitans och ström-mätningar. Arbete görs i huvudsak i Sverige, där vi inom vår forskargrupp har tillgång till de olika process- och karakteriseringsmetoderna. Målsättningen med