Forschen an der THD

Innovativ & Lebendig

Institut für Qualitäts- und Materialanalysen.

Unsere Kernkompetenzen liegen bei der Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten auf den Gebieten der Analytik und Qualitätssicherung (QS) mit den Schwerpunkten: Neue Materialien, elektronische Bauelemente, dünne und ultradünne Schichten, Oberflächen, sowie Mikro- und Nanostrukturen.



Forschungsschwerpunkte

 

Thermische Charakterisierung dünner Schichten

 

  • Messmethoden: 3-Omega-Methode, Scanning Thermal Microscopy (SThM), Infrarotkamera
  • Messung der thermischen Leitfähigkeiten und thermischer Kontaktwiderstände
  • Qualitativer Vergleich direkt angrenzender Schichten im Hinblick auf die thermische Leitfähigkeit
  • Materialien: SiO2, BN, AlN, MgO etc.


 

 

Thermische Simulationen

 

  • Programme: COMSOL Multiphysics für FEM-Simulationen, MATLAB
  • Simulation der Wärmeausbreitung in (ultra)dünnen Schichten
  • Weiterentwicklung thermischer Messmethoden
  • Simulation mikroelektronischer Strukturen

 


 

 

Elektrische Charakterisierung dünner Schichten

 

  • Messmethoden: Conductive Atomic Force Microscopy (C-AFM), Peakforce TUNA, Scanning Capacitance Microscopy (SCM) und Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), Van-der-Pauw-Methode
  • Ortsaufgelöste Bestimmung der qualitativen elektrischen Leitfähigkeit durch Stromkarten
  • I-V Spektroskopie, z.B. zur Ermittlung der Durchbruchsspannung
  • Messung von Oberflächenpotentialen und lokalen Dotierstoffvariationen


 

 

Struktur- und Topographieuntersuchungen

 

  • Messmethoden: AFM, REM, LSM
  • Untersuchung dünner Schichten im Hinblick auf Materialzusammensetzung, Verunreinigungen, Oberflächenstrukturen, Rauhigkeiten etc.
  • Erstellung von 3-dimensionalen Oberflächenprofilen
  • Vermessung von Mikro- und Nanostrukturen


 

 

Zuverlässigkeitsanalysen

 

  • Messmethoden: Keysight B1500 Semiconductor Parameter Analyzer, Cascade 12k Summit Prober, Süss PA300 Probestation 
  • TDDB-Tests: Constant Voltage Stress (CVS), Ramped Voltage Stress (RVS), Constant Current Stress (CCS) und Temperature Stress von ‑50 bis 200 °C
  • Extrapolation der Lebensdauer elektronischer Bauteile auf Basis diverser physikalischer Modelle
  • Waferlevel Testing bis 300 mm


Laborausstattung

 

Raster-Sonden-Mikroskopie (AFM)

  • Topographie
  • Bestimmung von elektrischen Leitfähigkeiten (C-AFM), Oberflächenpotentialen (KPFM) und mechanischen Eigenschaften (QNM)
  • Dotierstoffverteilungen bzw. -profile (SCM)
  • Thermische Charakterisierung (SThM)

Raster-Elektronen-Mikroskopie (SEM) & STEM

  • Gefüge- und Strukturanalytik (EBSD)
  • Energie- und wellenlängendispersive Röntgenanalytik (EDX, WDX)
  • Mikro-Röntgenfluoreszenz (μ-XRF)

3-Omega-Methodik

  • Makroskopische thermische Charakterisierung

Infrarotkamera

  • Thermische Analyse von kleinen Strukturen (µm-Auflösung)
  • Thermische Charakterisierung dünner Schichten

Laser-Scanning-Mikroskopie

  • Topographieuntersuchungen

Waferprober

  • Zuverlässigkeitsanalyse auf Waferlevel
  • Lebensdauerextrapolation elektronischer Bauteile
  • Elektrische Charakterisierung

Van-der-Pauw-Methodik

  • Analyse des elektrischen Oberflächenwiderstands
  • Analyse des Hall-Koeffizienten

 

 


Publikationen

Sie finden alle Publikationen des IQMA in unserer Publikationsdatenbank.

Nachfolgend finden Sie eine Auswahl an relevanten Zeitschriftenartikeln, Buchbeiträgen und Patenten der Arbeitsgruppe.

 

Metzke, C., Kühnel, F., Weber, J., & Benstetter, G. (2021). Scanning Thermal Microscopy of Ultrathin Films: Numerical Studies Regarding Cantilever Displacement, Thermal Contact Areas, Heat Fluxes, and Heat Distribution. Nanomaterials11(2), 491.
https://doi.org/10.3390/nano11020491

 

Ni, W., Niu, C., Zhang, Y., Liu, L., Cui, Y., Fan, H., ... & Lei, G. (2021). Modeling W fuzz growth over polycrystalline W due to He ion irradiations at an elevated temperature. Journal of Nuclear Materials550, 152917.
https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.152917

 

Wen, C., Banshchikov, A. G., Illarionov, Y. Y., Frammelsberger, W., Knobloch, T., Hui, F., ... & Lanza, M. (2020). Dielectric Properties of Ultrathin CaF2 Ionic Crystals. Advanced Materials32(34), 2002525.
https://doi.org/10.1002/adma.202002525

 

Fan, H., Zhang, Y., Liu, D., Niu, C., Liu, L., Ni, W., ... & Lei, G. (2020). Tensile stress-driven cracking of W fuzz over W crystal under fusion-relevant He ion irradiations. Nuclear Fusion60(4), 046011.
https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab71bb

 

Metzke, C., Frammelsberger, W., Weber, J., Kühnel, F., Zhu, K., Lanza, M., & Benstetter, G. (2020). On the limits of scanning thermal microscopy of ultrathin films. Materials13(3), 518.
https://doi.org/10.3390/ma13030518

 

Wen, C., Jing, X., Hitzel, F. F., Pan, C., Benstetter, G., & Lanza, M. (2019). In situ observation of current generation in ZnO nanowire based nanogenerators using a CAFM integrated into an SEM. ACS applied materials & interfaces11(17), 15183-15188.
https://doi.org/10.1021/acsami.9b00447

 

Bi, Z., Liu, D., Zhang, Y., Liu, L., Xia, Y., Hong, Y., ... & Yan, L. (2019). The evolution of He nanobubbles in tungsten under fusion-relevant He ion irradiation conditions. Nuclear Fusion59(8), 086025.
https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab2472

 

Jiang, L., Weber, J., Puglisi, F. M., Pavan, P., Larcher, L., Frammelsberger, W., ... & Lanza, M. (2019). Understanding current instabilities in conductive atomic force microscopy. Materials12(3), 459.
https://doi.org/10.3390/ma12030459

 

Chen, S., Jiang, L., Buckwell, M., Jing, X., Ji, Y., Grustan‐Gutierrez, E., ... & Lanza, M. (2018). On the limits of scalpel AFM for the 3D electrical characterization of nanomaterials. Advanced Functional Materials28(52), 1802266.
https://doi.org/10.1002/adfm.201802266

 

Yang, C., Souchay, D., Kneiß, M., Bogner, M., Wei, H. M., Lorenz, M., ... & Grundmann, M. (2017). Transparent flexible thermoelectric material based on non-toxic earth-abundant p-type copper iodide thin film. Nature communications8(1), 1-7.
https://doi.org/10.1038/ncomms16076

 

Jing, X., Panholzer, E., Song, X., Grustan-Gutierrez, E., Hui, F., Shi, Y., ... & Lanza, M. (2016). Fabrication of scalable and ultra low power photodetectors with high light/dark current ratios using polycrystalline monolayer MoS2 sheets. Nano Energy30, 494-502.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.10.032

 

Fan, H., You, Y., Ni, W., Yang, Q., Liu, L., Benstetter, G., ... & Liu, C. (2016). Surface degeneration of W crystal irradiated with low-energy hydrogen ions. Scientific reports6(1), 1-9.
https://doi.org/10.1038/srep23738

 

Liu, L., Liu, D., Hong, Y., Fan, H., Ni, W., Yang, Q., ... & Li, S. (2016). High-flux He+ irradiation effects on surface damages of tungsten under ITER relevant conditions. Journal of Nuclear Materials471, 1-7.
https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2016.01.001

 

Hamann, L., Benstetter, G., Hofer, A., Mattheis, J., Haas, M., & Zapf-Gottwick, R. (2015). Use of Coated-Metal Particles in Rear Busbar Pastes to Reduce Silver Consumption. IEEE Journal of Photovoltaics5(2), 534-537.
https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2014.2388080

 

Yang, Q., You, Y. W., Liu, L., Fan, H., Ni, W., Liu, D., ... & Wang, Y. (2015). Nanostructured fuzz growth on tungsten under low-energy and high-flux He irradiation. Scientific reports5(1), 1-9.
https://doi.org/10.1038/srep10959

 

Berthold, T., Benstetter, G., Frammelsberger, W., Rodríguez, R., & Nafría, M. (2015). Nanoscale characterization of CH3-terminated Self-Assembled Monolayer on copper by advanced scanning probe microscopy techniques. Applied Surface Science356, 921-926.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.08.182

 

Yang, Q., Fan, H., Ni, W., Liu, L., Berthold, T., Benstetter, G., ... & Wang, Y. (2015). Observation of interstitial loops in He+ irradiated W by conductive atomic force microscopy. Acta Materialia92, 178-188.
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.04.004

 

Iglesias, V., Lanza, M., Zhang, K., Bayerl, A., Porti, M., Nafría, M., ... & Bersuker, G. (2011). Degradation of polycrystalline HfO2-based gate dielectrics under nanoscale electrical stress. Applied physics letters99(10), 103510.
https://doi.org/10.1063/1.3637633

 

Benstetter, G., Biberger, R., & Liu, D. (2009). A review of advanced scanning probe microscope analysis of functional films and semiconductor devices. Thin Solid Films517(17), 5100-5105.
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.176 

 

G. Benstetter, P. Breitschopf, B. Knoll - US Patent 7,788,732, 2010                          

 

Frammelsberger, W., Benstetter, G., Kiely, J., & Stamp, R. (2007). C-AFM-based thickness determination of thin and ultra-thin SiO2 films by use of different conductive-coated probe tips. Applied Surface Science253(7), 3615-3626.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2006.07.070

 

Frammelsberger, W., Benstetter, G., Kiely, J., & Stamp, R. (2006). Thickness determination of thin and ultra-thin SiO2 films by C-AFM IV-spectroscopy. Applied Surface Science252(6), 2375-2388.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.04.010

 

Benstetter, G., Hofer, A., Liu, D. & Frammelsberger, W. (2017). Fundamentals of CAFM Operation Modes [E-Book]. In M. L. Lanza (Hrsg.), Conductive Atomic Force Microscopy - Applications in Nanomaterials (S. 45–71). Wiley-VCH Verlag.
https://doi.org/10.1002/9783527699773

 

Projekte

Aktuelle Projekte:

Abgeschlossene Projekte:

Aktuelle studentische Arbeiten

Wir bieten regelmäßig spannende Themen aus den Bereichen der elektrischen und thermischen Material-Charakterisierung, sowie zu Analytik- und Zuverlässigkeitsthemen moderner Elektronikkomponenten an. Interessierte Studierende aus den Bereichen Angewandte Informatik, Mechatronik, Elektrotechnik, Medientechnik und technischer Physik können diese in Form von Bachelorarbeiten und Masterarbeiten ggf. auch mit Industriebeteiligung, Master of Applied Resarch Themen und SHK Stellen bearbeiten. Detaillierte Informationen entnehmen Sie bitte dem nachfolgenden PDF.


Kontakt & Anfahrt

 

Am IQMA arbeiten die folgenden Professoren und (wissenschaftlichen) Mitarbeiter. Für Anfragen nehmen Sie bitte Kontakt zu Prof. Benstetter auf.


Gebäude E und L am Campus in Deggendorf.

Die Büros der Mitarbeiter finden Sie unter dem jeweiligen Mitarbeiter-Link.

Labore: