Bachelor's Thesis

Simulation of Electrical Parameters on Silicon Carbide (SiC) Wafers

Final Thesis 3.77 MB Appendix 62.63 kB

Author of thesis: Tomáš Svoboda

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Edita Hejátková

Reviewer: doc. Ing. Martin Adámek, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on the process simulation and electrical device simulation and their calibration using structures fabricated on silicon carbide (SiC) wafers. The simulations were performed using the Synopsys TCAD tool suite. The work is divided into two experiments, preceded by a theoretical background. The first experiment focuses on the simulation of ion implantation using the Sentaurus Process tool, where calibration was performed by adjusting empirical parameters based on profiles obtained from secondary ion mass spectrometry (SIMS). Two calibration approaches were compared, resulting in a significant improvement in simulation accuracy, particularly in the
region of lower implantation energies. The second experiment deals with the simulation of electrical parameters of Transmission Line Method (TLM) structures using Sentaurus Device. The sheet resistance was calibrated based on a comparison with experimental measurements. Custom automation tools were developed to accelerate data processing. Improved accuracy was achieved for selected structures; however, the simulation models revealed inherent limitations. Adjustments of mobility models for SiC appear to be a promising direction for further improvement.

Keywords:

silicon carbide (SiC), Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS), Transmission Line Method (TLM), Synopsys TCAD, Sentaurus Process, Sentaurus Device, incomplete ionization, sheet resistance, calibration

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s řešením své bakalářské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Dále odpověděl na otázky komise: Komise se dotázala na shodu simulovaných výsledků s měřenými výsledky. Student konzultoval s komisí výsledky v tabulce v jeho prezentaci. Komise se dále zeptala na důvod zamlžení některých informací v prezentaci, což student vysvětlil firemním tajemstvím firmy onsemi. Komise se zeptala na řetězec simulace a kde jsou omezení simulace. Student odpověděl že přesnost simulace je výrazně ovlivněna přesností vstupních dat.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Radimír Vrba, CSc. (předseda)
doc. Ing. Vilém Kledrowetz, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Imrich Gablech, Ph.D. (člen)
Ing. Jitka Brüstlová, CSc. (člen)
Ing. Dušan Zošiak (člen)

Supervisor’s report
Ing. Edita Hejátková

Na základě informací konzultanta ing. Adama Kozelského ze zadavatelské firmy onsem lze konstatovat následující:
Bakalářská práce splnila požadavky zadání v plném rozsahu. Oceňuji zejména skutečnost, že se studentovi podařilo propojit teoretické poznatky s praktickými potřebami.
Student během řešení pracoval samostatně, aktivně a zodpovědně. Konzultace, podněty, diskusi i návrh dalšího řešení vycházely převážně z jeho iniciativy. V celém průběhu prokazoval dobrou orientaci v řešené problematice, schopnost vyhledávat relevantní informace a aplikovat je při řešení zadání.
Technická úroveň práce je vzhledem k náročnosti tématu vysoká. Literatura a další zdroje byla zvoleny vhodně a účelně s ohledem na charakter řešené problematiky. Bakalářská práce je zpracována přehledně a v odpovídajícím rozsahu. Formální úprava práce i jazyková úroveň odpovídají požadavkům kladeným na bakalářskou práci.
Výstupy práce jsou přímo použitelné v praxi při návrhu a vývoji nejnovějších technologií založených na SiC. Práce nepředstavuje pouze jednorázový výsledek. Jde o první krok k vytvoření komplexnějšího stimulačního modelu, na kterém plánujeme pokračovat v rámci diplomové práce.
Student ve společnosti onsemi působí v oddělení vývoje SiC technologií v rámci celoroční stáže, kde se vedle tématu bakalářské práce zapojuje i do dalších odborných aktivit a projektů, jejichž výsledky mají přímé využití i v reálném vývojovém procesu.
Vzhledem k charakteru firemní spolupráce a praktickému zaměření tématu nebylo možné v práci detailně rozvést všechny související informace, postupy a interní souvislosti. Zároveň by některé přínosy dosažených výsledků mohly být v textu ještě výrazněji vyzdviženy.
Celkově hodnotím bakalářskou práci pana Tomáše Svobody jako velmi zdařilou, odborně kvalitní a nadstandardně přínosnou z hlediska praktického využití.
Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím 95 body. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Student Tomáš Svoboda ve své bakalářské práci Simulace elektrických parametrů na waferu z karbidu křemíku (SiC) řeší problém přesnosti simulací technologického procesu a elektrických parametrů struktur na waferu z karbidu křemíku. Dosud používané empirické modely určené k simulování procesu a parametrů součástek na karbidu křemíku stálé vykazují určitou míru nepřesnosti a musí se zkalibrovat přímo pro danou technologií výroby. Student vybral polovodičové testovací struktury, realizoval simulační modely v prostředí Synopsys TCAD a porovnal simulace s reálnými daty. Přínosem práce jsou i vlastní automatizační skripty v jazyce Python pro urychlení zpracování dat. Z těchto důvodů hodnotím zadání jako splněné v plném rozsahu.

Celkový rozsah práce (přes 60 stran včetně elektronických příloh) je pro bakalářskou práci nadstandardní. Práce má dobrou logickou strukturu. První teoretická část je rozdělená na úvod s popisem vlastností karbidu křemíku, popisu simulačního nástroje a popisu simulace iontové implantace metodou Monte Carlo. V následující praktické části jsou detailní metodiky kalibrace, samotné výsledky a diskuze ke každé části. Práce obsahuje dostatečné množství přehledných grafů, schémat struktur a tabulek, které výrazně přispívají ke srozumitelnosti textu.

Práce je sepsána v anglickém jazyce. Jazyková úroveň je na vysoké úrovni. Přestože se občas objeví drobné jazykové, gramatické nebo typografické nedostatky, nesnižují tyto chyby výrazným způsobem kvalitu práce. Jedná se např. o chybějící tečku na konci věty (str.17, ods.2), překlep „Comparsion“ (správně Comparison), nevhodné dělení slov nebo větší prázdné místo na konci stránky (str. 31 a 37). Naopak je potřeba vyzdvihnout formální úpravu pomocí sazby v LaTeXu, která je provedena na velmi dobré úrovni.

V práci je použito 28 literárních referencí, mezi kterými se jsou jak klíčové monografie pro charakterizaci polovodičů, tak i manuály k simulačním nástrojům. Kladně hodnotím, že všechny citace jsou zahraniční. Bibliografické reference jsou uvedeny korektně podle zvyklostí a obsahují všechny potřebné náležitosti. Drobnou kaňkou je jen citace literatury v textu, kdy číslování první citace literatury v textu by mělo být ve vzestupném pořadí. Např. hned první citace literatury v textu je uvedena takto „[11][2][4][28]“.  

Odborná úroveň práce je na velmi dobré úrovni. Velkým přínosem práce je porovnání dvou kalibračních metod a zpřesnění kalibračních konstant, které jsou přímo využitelné v průmyslové praxi pro zpřesnění predikčních modelů.

I přes všechny uvedené nedostatky považuji práci za náročnou, kvalitně provedenou a odborně přínosnou, která překračuje požadavky běžně kladené na tento typ prací u bakalářského studia. Topics for thesis defence:
  1. Pomocí Pythonu jste vytvořil automatizační nástroje pro výpočy. Kolik času Vám tyto skripty při simulacích ušetřily a plánujete je dále rozvíjet?
  2. Pro simulace v programu Sentaurus Device jste zvolil Arora model mobility nosičů (str. 43). Bylo by podle Vás vhodné v budoucnu upravit nějak parametry tohoto modelu pro další zvýšení přesnosti?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová