Mit energie- und ressourcensparenden Methoden will ein Forschungsteam am Institut für anorganische Chemie der TU Graz hochwertige dotierte Siliziumschichten für die Elektronik- und Solarbranche ermöglichen.
Die weltweite Produktion von Halbleitern wächst rasant und damit die Nachfrage nach Vorprodukten, insbesondere kristallinem Silizium. Bei dessen energieintensiver Herstellung lässt sich aber nur ein Viertel des eingesetzten Rohsiliziums nutzen. Dies führt zu großen Abfallmengen. Im neu eröffneten Christian Doppler (CD) Labor für Neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionalisierten Hydridosilanen forscht ein Team um Laborleiter Michael Haas vom Institut für Anorganische Chemie der Technischen Universität Graz an Alternativen: Gefördert vom österreichischen Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft erkunden die Forschenden gemeinsam mit Unternehmenspartner Air Liquide Advanced Materials neuartige Ausgangsmaterialien für die energieeffizientere Produktion von Halbleitern, berichtet die TU Graz. Im Mittelpunkt steht die Verarbeitung von funktionalisierten Hydrosilanen. Dabei handelt es sich um chemische Verbindungen, die vorrangig aus Silizium- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind.
Halbleiter fungieren als zentrale Schlüsseltechnologien für den Standort. Österreich konnte sich in den letzten Jahren als bedeutendes Forschungs- und Produktionsland für Mikroelektronik etablieren, erklärt Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher, dessen Ministerium wesentlich zur öffentlichen Finanzierung der CD-Labors beiträgt. Dadurch würden hochwertige Arbeitsplätze gesichert und die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt. Das eröffnete CD-Labor forsche an Premium-Halbleitern für die Computerindustrie und fördere den technologischen Vorsprung. Insbesondere Hydrosilane gelten hier Kocher zufolge als vielversprechendes Material für die Zukunft. Durch die Erforschung ihrer chemischen Eigenschaften werde die Grundlage für neue innovative Halbleitermaterialien geschaffen.
Der große Vorteil von Hydrosilanen ist nach Aussage von Laborleiter Michael Haas die Instabilität dieser Verbindungen ab 300 °C oder bei Einwirkung von UV-Licht. Die relativ schwachen Bindungen zwischen den Siliziumatomen brechen dann innerhalb von Minuten auf, erläutert Laborleiter Michael Haas. Mittels Flüssigphasenabscheidung lässt sich daraus Silizium gewinnen, das sich für Solarzellen oder Halbleiteranwendungen eignet. Durch die niedrige Temperatur ist der Energieverbrauch dieses Verfahrens vergleichsweise gering. Erheblicher Forschungsbedarf besteht bei der Verwendung von funktionalisierten Hydrosilanen für die Herstellung von dotierten Siliziumfilmen; dabei handelt es sich um Siliziumschichten, die mit sogenannten Fremdatomen angereichert sind, um die Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen.
Um diese Lücke zu schließen, werden die Forschenden neuartige funktionalisierte Hydrosilane herstellen und charakterisieren, um sie anschließend mittels verschiedener Abscheidetechniken zu dotierten Siliziumschichten zu verarbeiten. Abschließend ermitteln sie die relevanten Parameter dieser neuen Halbleitermaterialien, darunter ihre Morphologie, Leitfähigkeit, Absorptionseigenschaften und die Elementverteilung. Unser Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden, um die Herstellung vielseitiger siliziumbasierter Halbleitermaterialien energie- und ressourcenschonend zu ermöglichen. Davon würden Industrie, Endkunden und die Umwelt gleichermaßen profitieren, sagt Michael Haas.
Über die Christian Doppler Labors
In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben; hervorragende Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft nach Angaben der TU Graz international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das österreichische Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW).Philipp Jarke
Kontakt
Michael Haas, Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. BSc,
E-Mail: michael.haas@tugraz.at
- www.tugraz.at
Text zum Titelbild: Michael Haas (l.) vom Institut für Anorganische Chemie der TU Graz sucht in seinem CD-Labor nach neuen Ausgangsmaterialien für Halbleiter (Bild: Lunghammer, TU Graz )
