III-V- und Si-Reinraumtechnologie

Das Lab für »III-V- und Si-Reinraumtechnologie« bildet – gemeinsam mit dem »III-V, Si & Ge Epitaxie Lab« – eine zentrale technologische Säule im »Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen« des Fraunhofer ISE. Hier entwickeln und qualifizieren wir Schlüsselprozesse der Halbleiterfertigung, die die Grundlage für Solarzellenwirkungsgrade auf internationalem Spitzenniveau schaffen.

Neben Prozessen für klassische Silizium-Solarzellen stehen insbesondere Prozesse für hocheffiziente III-V-, Si- und Tandemzellen der nächsten Generation im Fokus. Diese Technologien addressieren Anwendungen in Raumfahrt, Elektromobilität, Konzentrator-PV, Energieautarkie sowie der Leistungselektronik. Das Fraunhofer ISE hält in diesem Bereich mehrere Weltrekorde, darunter 26 % für beidseitig kontaktierte Silizium-Solarzellen, 36,1 % für eine III-V/Si-Tandemzelle, 47,6 % für eine Vierfach-Konzentratorsolarzelle auf III-V-Basis, sowie 68.9% Wirkungsgrad einer GaAs-Zelle unter Laserlicht zur optischen Energieübertragung.

Auf über 1000 m² Reinraum- und Laborfläche stehen sämtliche relevanten Prozessketten bereit: Photolithographie, nass- und trockenchemisches Ätzen für III-V- und Silizium-Materialien, PVD-Metallisierungen und dielektrische Schichten sowie hochpräzises Waferbonding. Unsere Infrastruktur ermöglicht sowohl die Entwicklung innovativer Prozesse und vollständiger Prozessketten als auch die Umsetzung pilotnaher kundenangepasster Entwicklungen. Wie unterstützen wir bei einzelnen Fertigungsschritten – flexibel, industrienah und auf höchste wissenschaftliche Anforderungen ausgerichtet.

Mikrotechnologieprozesse für die Waferprozessierung

Photolithographielabor.
© Fraunhofer ISE / Foto: Dirk Mahler
Photolithographielabor.

Wir bieten eine breites Portfolio an Prozessen zur Mikrostrukturierung und Waferprozessierung verschiedener Materialien an:

  • unterschiedliche Materialien: GaAs, Ge, InP, Si, Al2O3
  • Pilotserienfertigung für Waferformate bis 6“ (150 mm), Verarbeitung kleinerer Formate und Stücke möglich
  • Reinigungsprozesse (nasschemisch, plasma-unterstützt)
  • Nasschemische und trockenchemische Strukturierung/Ätzen
  • Gelblichtbereich für Photo- und Laserlithographie zur Erzeugung von Mikrostrukturen mit beidseitiger Alignierung
  • Waferbonding-Technologie zur direkten Verbindung verschiedener Halbleitermaterialien oder über metallische Verbindung (z.B. InP//GaAs, GaAs//Si, Au//Au )
  • Aufdampfanlagen für thermisches- und Elektronenstrahlverdampfen und Sputtern von Metallen und dielektrischen Schichten (Metallkontakte, Antireflex-Beschichtung)
  • Galvanische Metallverdickung für die Kontaktierung von Solarzellen und als Trägerfolie
  • Substratablöseprozesse und Dünnschichttechnologie
  • Chipsägen zur Vereinzelung 

Nanoimprintlithographie und Nachfolgeprozesse

Rollen-Nanoimprintlithographie
© Fraunhofer ISE / Foto: Dirk Mahler
Rollen-Nanoimprintlithographie zur durchsatzfähigen Übertragung von Mikro- und Nanostrukturen auf Waferebene.

Für die Herstellung photonischer Strukturen nutzen wir ein skalierbares Nanoimprint-Verfahren:

  • UV-Rollen-Nanoimprintlithographie (NIL) mit flexiblen UV-transparenten Stempeln
  • Strukturübertragung in III-V- und Siliziumwafer mittels nass- und trockenchemischem Ätzen
  • Bedampfen mittels PVD-Prozessen
  • Kompatibel mit Waferformaten bis 6“ (150 mm), Verarbeitung kleinerer Formate und Stücke möglich

Prozess-, Material- und Bauelementcharakterisierung

Digitalmikroskop zur hochauflösenden Bauelementcharakterisierung
© Fraunhofer ISE / Foto: Dirk Mahler
Digitalmikroskop zur hochauflösenden Bauelementcharakterisierung auf Waferebene.

Zur Qualitätssicherung und für die Analyse von Strukturen vor, während und nach der Prozessierung stehen verschiedene Messverfahren zur Verfügung:

  • Rasterelektronenmikroskopie REM (inkl. EDX und FIB-Schnitte)
  • Rasterkraftmikroskopie AFM
  • Digitalmikroskopie
  • Weißlichtinterferenzmikroskopie
  • Transferlängenmessung zur Bestimmung von Kontaktwiderständen
  • Reflexionsmessung

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

 

Geschäftsfeldthema

III-V-Solarzellen, -Module und konzentrierende Photovoltaik

 

Geschäftsfeldthema

Photonische und leistungselektronische Bauelemente

 

Akkreditiertes Lab

CalLab PV Cells