Titlu Proiect: O noua abordare tehnologica de fabricare senzori de temperatura cu sensibilitate ridicata bazati pe capacitoare MOS pe SiC
Acronim: HISens
Tip proiect: PNCDI IV - Program 5.2 Resurse umane/ 5.2.1. Subprogram Start in cercetare,Proiecte de cercetare pentru stimularea tinerelor echipe independente (TE 2023)
Contract nr. 45TE⁄ 2025 (ID PN-IV-P2-2.1-TE-2023-1740)
Durata proiectului: 08/01/2025 - 31/12/2026
Buget: 500.000 lei
Instituţie contractoare: Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Microtehnologie – IMT Bucureşti (www.imt.ro)
Autoritate contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării – UEFISCDI (www.uefiscdi.gov.ro)

Director proiect: Dr. Răzvan PASCU (razvan.pascu@imt.ro)

Proiectul HiSens are ca scop proiectarea si fabricarea de capacitoare MOS cu o tehnologie noua de obtinere a oxidului, plecand de la un substrat de SiC porozificat. Dispozitivele fabricate au aplicatii in domeniul senzorilor de temperatura, pe o gama larga si cu sensibilitate crescuta. Procesul de porozificare a substratului de SiC are la baza doua tehnici de corodare electrochimica, asistata de lumina UV pentru accelerarea procesului de generare perechi electron-gol. In urma acestui proces rezulta o suprafata mai bogata in Si ca urmare a legaturii atomilor de carbon de oxigenul din solutia de corodare, formand CO2, care este un gaz volatil. Astfel, procesul de oxidare devine mai rapid si poate fi obtinut si la temperaturi mai joase decat cel aferent substratului initial de SiC. Acest oxid crescut va fi imbunatatit ulterior prin diverse tehnici: tratamente termice post-oxidare in atmosfera controlata, depunerea unor oxizi cu constanta dielectrica mare si utilizarea unui strat subtire de Si amorf depus pe suprafata poroasa a SiC inaintea procesului de oxidare. Investigarea proprietatilor dispozitivelor MOS va fi realizata folosind analize morfo-structurale si caracterizari electrice obtinute pe o gama larga de temperaturi. Prin coroborarea rezultatelor analizelor, se va pune in evidenta efectul diversilor parametri fizici si de proces si se vor determina performantele senzorilor de temperatura, ceea ce duce la atingerea obiectivului fundamental al proiectului.

Scopul proiectului: proiectarea si fabricarea de capacitoare MOS cu o tehnologie noua de obtinere a oxidului, plecand de la un substrat de SiC porozificat

Rezumatul etapei (Decembrie 2025)

In aceasta etapa, principalul obiectiv al proiectului HiSens a fost dezvoltarea unei tehnologii inovatoare pentru obtinerea unor substraturi poroase de carbura de siliciu (SiC) plecand de la plachete comerciale. Ulterior, acestea vor fi utilizate ca substrat de plecare pentru fabricarea unor capacitoare MOS cu aplicatii in domeniul senzorilor de temperatura cu sensibilitate crescuta, in special la temperaturi criogenice. Asadar, punctul central al etapei a fost axat pe obtinerea unui proces de porozificare controlata, care imbunatateste proprietatile materialului de baza si care reduce semnificativ costurile procesului de oxidare, etapa critica in realizarea unui dispozitiv MOS, mai ales atunci cand se utilizeaza un substrat cu banda interzisa mare, asa cum este SiC. Totodata, procesul de porozificare preliminar procesului de oxidare termica asigura o interfata oxid/SiC imbunatatita datorita reducerii atomilor de C in timpul procesului termic. Acestia introduc la interfata oxid/SiC o densitate mare de trape, reducand performantele dispozitivului MOS astfel: scade mobilitatea (cazul unui tranzistor cu efect de camp de tip MOS – MOSFET), apar curenti de pierderi mai mari, instabilitate crescuta la variatii de temperatura, fapt ce ar afecta foarte mult performantele dispozitivului atunci cand este folosit ca senzor de temperatura.
 Prin porozificarea substratului de SiC se doreste evitarea aglomerarii atomilor de C la interfata oxid/SiC  in timpul prcesului de oxidare, stratul de oxid MOS rezultand dintr-un strat bogat in atomi de siliciu (Si). Procesul tehnologic de porozificare se bazeaza pe corodarea electrochimica a substratului de SiC, un procedeu realizat prin tehnici distincte, asistate sau nu de iluminare cu radiatie UV. Rolul acestei iluminari este de a accelera generarea perechilor electron-gol, esentiale pentru desfasurarea reactiilor electrochimice. In urma procesului de porozificare, are loc modificarea compozitiei chimice a suprafetei, aceasta devenind mai bogata in (Si). Fenomenul apare deoarece atomii de carbon din structura SiC reactioneaza cu oxigenul din solutia de corodare, formand dioxid de carbon (CO₂) — un gaz volatil care se elimina, lasand in urma o suprafata modificata, optima pentru formarea oxidului utilizat in structura finala a capacitorului MOS.
In aceasta etapa au fost obtinute diferite structuri de SiC poros utilizand retete pe baza de corodare umeda asistata sau nu din punct de vedere electric.  De asemenea, doua lungimi de unda din domeniul UV au fost utilizate pentru e genera perechi electron-gol, fenomen necesar mecansimului de porozificare a substratului de SiC.
Plecand de la un substrat de SiC porozificat, a fost crescut termic un oxid MOS, in atmosfera de vapori, la o temperatura de 1100°C, timp de 4h. In paralel, a fost oxidat un martor (substrat de SiC neporozificat) in aceleasi conditii, rezultand o grosime de oxid de numai 23-25 nm, in comparatie cu oxidul rezultat din substratul porozificat care are o grosime de peste 700 nm. Acest rezultat este remarcabil, avand in vedere ca pentru obtinerea unui oxid crescut termic atat de gros pe un substrat de SiC neporozificat este nevoie de un timp foarte mare, dar si de temperatura mai ridicata.  
 Pentru a demonstra functionaliatea unui capacitor MOS pe SiC ca senzor de temperatura, in aceasta etapa au fost proiectate si fabricate structuri conventionale de capacitoare MOS plecand de la un substrat de SiC neporozificat. Au fost fabricate diferite capacitoare MOS pe SiC in ceea ce priveste obtinerea oxidului. Asadar, oxidul MOS a fost crescut termic in atmosfera uscata de oxigen, la o temperatura de 1100°C. Au fost utilizate doua tehnici diferite de oxidare, si anume:
i) oxidare termica standard a plachetei de SiC timp de 2h, rezultand o grosime a oxidului MOS de aproximativ 14 nm: dispozitivele MOS au fost denumite AO (as-oxidized);
ii) oxid MOS obtinut printr-o depunere preliminara de siliciu amorf, urmat de o oxidare la aceeasi temperatura de 1100°C, dar intr-un timp de 4 ori mai mic (30 de minute). Au fost depuse 3 grosimi diferite de siliciu amorf (5, 10, respectiv 15 nm), reultand grosimi ale oxidului MOS de aproxiamtiv: 14, 30, respectiv 40 nm. Dispozitivele din aceste loturi au fost denumite: a-Si 5, a-Si 10, respectiv a-Si 15.  
Dispozitivele de test au fost caracterizate electric utilizand caracteristici capacitate-tensiune obtinute la diferite temperaturi, demonstrand functionalitaea acestora ca senzori de temperatura.  S-a observat o deplasare catre tensiuni pozitive a caracteristicilor capacitate – tensiune cu scaderea temperaturii de masura.  

.