Erlanger Uni-Projekt: Reine Kristalle aus der Schmelze

ERLANGEN - Seit 100 Jahren fördert der Universitätsbund wissenschaftliche Programme. Freunde und Förderer feiern das Jubiläum am 21. Juli mit einem Festakt — und die Erlanger Nachrichten stellen bis dahin einige Projekte vor. Heute: die Kristallzüchtung für die Mikroelektronik.

Sie haben sich in unseren Alltag eingeschlichen und inzwischen kommen wir gar nicht mehr ohne sie aus: Halbleiter aus Silizium und anderen neuen Materialien werden in Smartphones und Computern, aber auch in Waschmaschinen, Herzschrittmachern und Emissionsmessgeräten eingesetzt. Für die Industrie sind sie somit in der Mikro-, Opto- und Leistungselektronik unverzichtbar. Es ist jedoch aufwendig, reine Halbleiterkristalle herzustellen.

Das Halbleitermaterial Siliziumkarbid beispielsweise wird aus der Gasphase kristallisiert: Die gasförmige Substanz wächst dabei an einem Kristallkeim heran. Dadurch weist der Kristall zahlreiche Defekte auf, die seine Qualität – und damit auch die der mikroelektronischen Bauteile – beeinträchtigen.
Um die Siliziumkarbidkristalle möglichst fehlerfrei und hochrein herstellen zu können, forschen FAU-Werkstoffwissenschaftler Prof. Peter Wellmann und sein Team nun daran, Siliziumkarbidkristalle ähnlich wie Siliziumkristalle direkt aus der Schmelze herzustellen – bei Temperaturen von über 2000 Grad.

Bei diesem Verfahren wird pulverförmiges Ausgangsmaterial aus Siliziumgranulat bei Hochtemperaturen verflüssigt.
Am Anfang dieses Prozesses dient ein kleiner Siliziumkarbidstab als Kristallisationskeim, um den großen Siliziumkarbidkristall aus der Schmelze zu ziehen.
Ermöglicht hat das Projekt der Universitätsbund Erlangen-Nürnberg, der Wellmann und seinem Team eine Dreh- und Zieheinheit finanziert hat. Sie hält den extremen Temperaturen stand und sorgt dafür, dass der Kristall gleichmäßig wächst. „Durch diese Anschubfinanzierung können wir die Vorarbeit leisten, um dann einen Förderantrag bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft zu stellen“, sagt Wellmann.
Die Herstellung von Siliziumkarbidkristallen zu optimieren, ist dabei erst der Anfang. Wellmann will die Hochtemperaturmethode langfristig für die Herstellung von neuen Materialien testen.