Forscher entwickeln neuartiges Züchtungsverfahren für Halbleiterkristalle Wandernde Magnetfelder optimieren Kristalle - scinexx | Das Wissensmagazin
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Wandernde Magnetfelder optimieren Kristalle

Forscher entwickeln neuartiges Züchtungsverfahren für Halbleiterkristalle

Germanium-Kristall gezüchtet im wandernden Magnetfeld © IKZ

Handys, Laser, Leuchtdioden – sie alle funktionieren nur, weil in ihnen Bauelemente stecken, die auf regelmäßigen Halbleiterkristallen wie Silizium oder Galliumarsenid basieren. Solche Kristalle werden mit aufwändigen Methoden „gezüchtet“. Jetzt haben Forscher diese Züchtungsverfahren um einen entscheidenden Schritt verbessert. Sie nutzten wandernde Magnetfelder, um in der Schmelze die Strömungsintensität zu verringern. Die Schmelze kann dann gleichmäßiger kristallisieren.

Wie in jedem Kochtopf so entstehen auch in einer Schmelze Strömungen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeverteilung. Bewegliche Magnetfelder wirken nach Angaben der Wissenschaftler diesen Strömungskräften entgegenwirken. Die mit dem neuen Verfahren erzeugten Kristalle sind von besserer Qualität und deshalb beispielsweise für die Solarindustrie von großem Interesse.

Die Forscher um Professor Peter Rudolph vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) setzten das eigentlich nicht neue Prinzip im Rahmen des Projektes KristMAG in den vergangenen drei Jahren erfolgreich in die Tat um. Im Vergleich zu anderen Kristallzüchtern hatten sie aber die entscheidende Verbesserungsidee: Sie ordneten die Magnetfeldgeneratoren nicht mehr außen um die Schmelzöfen an, sondern entwickelten Heizspulen, mit denen sich gleichzeitig Magnetfelder erzeugen lassen.

Bessere Qualität, geringere Kosten

„Da das Magnetfeld unmittelbar in den Schmelztiegel eingekoppelt wird, brauchen wir nur noch relativ geringe Feldstärken. Äußere Magnetfelder müssten sehr stark sein, um bis nach innen zu dringen und würden die Kosten für eine Züchtungsanlage etwa verdoppeln“, sagt Rudolph. Ein im Rahmen des Projektes durch Industriepartner entwickeltes ausgefeiltes Leistungs- und Steuerungssystem erlaubt es, dass die Heizer über Gleichstrom Wärme erzeugen, ein darüber gelagerter Wechselstrom erzeugt die wandernden Magnetfelder.

Die Ergebnisse des Projekts seien in jeder Hinsicht sehr zufriedenstellend, sagte Projektkoordinator Rudolph. Das Projektteam hätte gezeigt, dass sich Halbleiterkristalle in verbesserter Qualität zu günstigen Kosten und Energieverbrauch herstellen lassen. Ein erstes Modul ist bereits an eine Berliner Firma worden.

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Großes Interesse bei der Solarindustrie

Trotzdem bleibt aus Sicht von Rudolph noch viel zu tun. „Wir haben die Machbarkeit gezeigt, was wir nun brauchen ist die Entwicklung der Technologie für den industriellen Maßstab“, sagte er. Das Interesse an verbesserten Kristallisationsverfahren sei besonders in der Solarindustrie sehr groß.

„Wir können uns vor Anfragen kaum retten“, so Rudolph weiter. So hätten Firmen aus dem Inland beim IKZ bereits Studien für spezielle Anwendungen in Auftrag gegeben, auch aus dem Ausland gebe es Interessenbekundungen. Die Ergebnisse des Projektes sind durch sechs Patente geschützt.

(idw – Forschungsverbund Berlin, 26.06.2008 – DLO)

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