Kristalle aus der Schmelze

Siliziumkarbidkristalle. Foto: © Björn Wylezich / Fotolia.com

ERLANGEN / REGION (FAU/mue) - Der Universitätsbund Erlangen-Nürnberg ist ein Zusammenschluss der Freunde und Förderer der Friedrich-Alexander Universität (FAU). Der MarktSpiegel berichtet in loser Folge über Inhalte und Ziele der Arbeit im „Uni-Bund“; heute der finale Teil 4 zum Thema „Reine Kristalle aus der Schmelze“.


Sie haben sich in den Alltag eingeschlichen, und inzwischen kommt man 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 allerdings aufwändig, reine Halbleiterkristalle herzustellen – das Halbleitermaterial Siliziumkarbid beispielsweise wird aus der Gasphase kristallisiert: Die gasförmige Substanz wächst dabei an einem Kristallkeim heran, wodurch der Kristall zahlreiche Defekte aufweist, die seine Qualität (und damit auch die der mikroelektronischen Bauteile) beeinträchtigen. Um die Siliziumkarbidkristalle möglichst fehlerfrei und hochrein herstellen zu können, forschen FAU-Werkstoffwissenschaftler um Prof. Dr. Peter Wellmann daran, Siliziumkarbidkristalle ähnlich wie Siliziumkristalle direkt aus der Schmelze herzustellen – bei Temperaturen von über 2.000 Grad. Bei diesem Verfahren wird pulverförmiges Ausgangsmaterial aus Siliziumgranulat bei Hochtemperaturen verflüssigt. Am Anfang des 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. Diese 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“, so Wellmann. Siegfried Balleis, Erlanger Alt-OB und 1. Vorsitzender des Universitätsbundes, unterstreicht: „Bei der Züchtung von Kristallen für technische Anwendungen kommt es nicht nur auf die Reinheit des verwendeten Materials, sondern auch auf die Ebenmäßigkeit des Aufbaus der Kristalle an. Präzision und Ästhetik bedingen sich dabei gegenseitig.“ In diesem Zusammenhang ist die Optimierung der Herstellung von Siliziumkarbidkristallen erst der Anfang: Peter Wellmann will die Hochtemperaturmethode langfristig für die Herstellung neuer Materialien testen.

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