[10.05.2005] Die energieeffiziente Züchtung hochreiner Halbleiter-Einkristalle steht im Mittelpunkt eines neuen Forschungsprojekts an der Universität Duisburg-Essen, das mit insgesamt 1,04 Mio Euro durch das Bundeswirtschaftsministerium und das NRW-Wissenschaftsministerium gefördert wird.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines innovativen, industriell einsetzbaren Verfahrens zur Herstellung von Siliziumkarbid-Einkristallen. Diese besitzen eine große Bedeutung für die Hochleistungs- und Optoelektronik. Bislang ist ihre Herstellung durch den Einsatz extrem hoher Temperaturen energieaufwändig und teuer.

Einen viel versprechenden neuen Herstellungsansatz verfolgt die interdisziplinär zusammengesetzte Wissenschaftlergruppe im Fachbereich Ingenieurwissenschaften. Projektleiter Prof. Dr. Markus Winterer: „Dieses Vorhaben nutzt die besonderen Stärken des Profilschwerpunkts Nanotechnologie an der Universität Duisburg-Essen und baut sie weiter aus.“ Das Projekt bündelt drei Arbeitsgruppen aus dem Institut für Verbrennung und Gasdynamik, und zwar die Bereiche Nanopartikel-Prozesstechnik (Prof. Dr. Markus Winterer), Thermodynamik (Prof. Dr. Burak Atakan) und numerische Fluiddynamik (Prof. Dr. Dieter Hänel und Priv.-Doz. Dr.-Ing. Frank Schmidt). Das Projekt ist Teil einer Forschungsinitiative, die zusammen mit dem Physiker Prof. Dr. Matthias Wagner (TU Freiberg) und einem Industriepartner durchgeführt wird.

Siliziumkarbid ist ein halbleitendes Material mit einem breiten Anwendungsspektrum in den Bereichen Elektronik und Optoelektronik. Es findet sich zum Beispiel in blauen Leuchtdioden oder dort, wo hohe Ströme gesteuert werden, im Bereich der sogenannten Hochleistungselektronik. Siliziumkarbid besteht aus den Elementen Kohlenstoff und Silizium und besitzt ähnliche Eigenschaften wie Diamant. Ein großes Hindernis bei der technischen Herstellung von Siliziumkarbid-Einkristallen sind die sehr hohen Temperaturen, bei denen Siliziumkarbid vom festen in den flüssigen bzw. gasförmigen Zustand übergeht. Daher muss bei herkömmlichen Produktionsverfahren sehr viel Energie aufgebracht werden, um Einkristalle aus diesem Material zu erzeugen.

Die neue Herstellungsmethode soll es ermöglichen, Siliziumkarbid mit deutlich niedrigerem Energieaufwand herzustellen. Das Verfahren arbeitet mit einem kontinuierlichen Fluss von hochreinen Gasen, die die Elemente Silizium und Kohlenstoff enthalten. Aus diesen Gasen entstehen während des Prozesses Siliziumkarbid-Einkristalle mit den gewünschten Eigenschaften für die Produktion von Halbleiterbauelementen.

Um die physikalischen Eigenschaften direkt bei der Kristallentstehung zu untersuchen, werden im Rahmen des Projektes aufwändige analytische Apparaturen eingesetzt. Unter anderem werden massenspektroskopische, spektroskopische und thermogravimetrische Messmethoden zur Analyse der Kristalle angewendet. Parallel zu den Experimenten berechnen die Wissenschaftler an der Universität Duisburg-Essen die Prozessdaten mit Hilfe numerischer Simulationen, so dass ein grundlegendes Verständnis und eine optimale Führung des Prozesses möglich wird.

Redaktion: Beate H. Kostka, Tel.: 0203/379-2430