"Dezember/17 IKZ-News: Beta-Galliumoxid - Ein neuer Halbleiter für die Leistungselektronik"

Effizient schaltende mikroelektronische Leistungsbauelemente leisten einen bedeutenden Beitrag, wenn es darum geht, innovative Technologien zu entwickeln. Gegenwärtig werden in der Leistungselektronik hauptsächlich Bauelemente auf der Basis von Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) verwendet. Nun rückt jedoch ein neues Material in den Fokus des Interesses.

 

Monoklines β-Galliumoxid (β-Ga2O3) ist ein transparentes, halbleitendes Oxid mit vielversprechenden Eigenschaften. Durch einen Bandabstand von 4.8 eV, einer hohen theoretisch bestimmten Feldstärke von 8 MV/cm sowie einer hohen Leistungskennzahl bietet β-Ga2O3 eine aussichtsreiche Perspektive auf dem Gebiet der Leistungselektronik.

Das IKZ hat sich in den vergangenen Jahren eine ausgezeichnete Expertise bei der Züchtung von β-Ga2O3-Einkristallen und –Schichten erarbeitet. Dem Institut ist es gelungen, eine Kristallzüchtungstechnologie nach dem Czochralski-Verfahren für β-Ga2O3-Kristallen zu entwickeln und zu patentieren. Mit diesem Verfahren lassen sich Kristalle prinzipiell in hoher kristalliner Qualität herstellen.

Auf dieser Grundlage wurde im Sommer 2017 ein gemeinsames, durch das BMBF im Rahmen des VIP+ Programms gefördertes Forschungsprojekt mit der Technischen Universität Berlin und dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin, begonnen. Bereits Voruntersuchungen zeigten, dass Metall-Isolator-Halbleiter Feldeffekttransistoren (MISFETs) auf der Basis von (100)-orientierten β-Ga2O3 – Epitaxieschichten sehr gute Bauelementeigenschaften aufweisen, die das große Potential des Halbleiters β-Ga2O3 für die Leistungselektronik demonstrieren.


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"März 2019: Kleine Forscherinnen ganz groß - Girls'Day 2019 am IKZ"

GirlsDay2019Teilnehmerinnen des diesjährigen Girls'Day besichtigen die Züchtungshalle für Oxid-Kristalle am IKZ | Pho­to: Torsten Boeck, IKZ

Für einen Tag in die Wunderwelt der Kristalle eintauchen. Das machten sich 10 junge Mädchen im Alter von 10 bis 14 Jahren zum Ziel und verbrachten am 28.03.2019 einen spannenden Tag am IKZ.

Die kleinen Forscherinnen von morgen lernten im Rahmen des Girls´Days wie Kristalle sie in ihrem alltäglichen Leben begleiten und dass unsere moderne, digitale Welt ohne Kristalle schlichtweg nicht funktionieren würde.

Zusammen mit unseren jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wurden fleißig kleine Kristalle selbst gezüchtet und unter dem Mikroskop angeschaut. Wie das Ganze dann in groß aussieht, konnten die kleinen Forscher anschließend in unseren Züchtungshallen erleben.

Neben der wichtigen Frage, was Eisbären und Solarzellen gemeinsam haben wurden viele weitere Fragen geklärt, die die interessierten Mädchen auf dem Herzen hatten. Als große Überraschung konnte am Ende sich jede über einen echten Kristall für Zuhause freuen.

 

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"November/17 IKZ-News: Thomas Schröder nimmt Ruf als neuen Direktor des IKZ an"

Herr Prof. Dr. Thomas Schröder hat den Ruf auf die Professur „Kristallwachstum“ an der Humboldt-Universität zu Berlin angenommen. Damit erhält das IKZ einen neuen Direktor. Herr Schröder wird die Position voraussichtlich im ersten Quartal 2018 antreten.

Herr Schröder ist derzeitig Abteilungsleiter der Sektion        Materialforschung am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) und besetzt eine Professur für Halbleitermaterialien an der BTU Cottbus – Senftenberg.


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"Oktober/17 IKZ-News: Dorothee Braun schließt Promotion mit Auszeichnung ab"

Dr. Dorothee Braun (Leibniz-Institut für Kristallzüchtung) hat ihre Promotion am 17.10.2017 an der Technischen Universität Berlin mit dem Thema “Strain-phase relations in lead-free ferroelectric KxNa1-xNbO3 epitaxial films for domain engineering“ mit Auszeichnung bestanden.

In ihrer Doktorarbeit untersuchte Frau Braun Materialien mit ferro- und piezoelektrischen Eigenschaften, wie sie für elektronische Anwendungen, z.B. für Drucksensoren oder Ultraschallgeräte, einsetzt werden. Die derzeit verwendeten Materialien stellen aufgrund ihres Bleianteils ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Daher gilt es, bleifreie Materialien mit vergleichbaren oder neuartigen Eigenschaften zu finden. Hierzu untersuchte sie insbesondere dünne kristalline Kaliumnatriumniobat-Schichten und betrachtete die Beziehung zwischen der kristallinen Struktur und der sich ausbildenden ferroelektrischen Ordnung. Dorothee Braun legte mit ihrer Doktorarbeit die Basis für die weitere, zielgerichtete Forschung an der Struktur-Eigenschafts-Beziehung von Oxidschichten, insbesondere mit Perowskitstruktur. Die experimentellen und theoretischen Arbeiten wurden in der AG Ferroelektrische Oxidschichten im IKZ durchgeführt.

Ihr Bachelor- und Masterstudium in Physik, mit dem Schwerpunkt Festkörperphysik, absolvierte sie an der Humboldt-Universität zu Berlin. Frau Braun wird zwei weitere Jahre am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in der Arbeitsgruppe Ferroelektrische Oxidschichten an der Herstellung und Charakterisierung von bleifreien Perowskitschichten arbeiten.


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"Oktober 2018 IKZ-News: "Langjährige, erfolgreiche Kooperation mit Kistler Instrumente AG soll erneut verlängert werden"

Bereits seit 25 Jahren verbindet das IKZ eine enge Zusammenarbeit mit der Firma Kistler Instrumente AG im Bereich piezoelektrischer Kristalle sowie die Entwicklung derer Züchtungsprozesse. Nun wurde bereits frühzeitig über eine Verlängerung des Vertrages über 2019 hinaus gesprochen.

 

Der IKZ-Direktorenwechsel im Februar 2018 gab Anlass für die Firma Kistler dem IKZ einen Besuch abzustatten. Prof. Dr. Thomas Schröder empfing mit Freude den langjährigen Kooperationspartner der IKZ-Arbeitsgruppe Oxide und Fluoride, um gemeinsam die zukünftige Zusammenarbeit zu sondieren.

Ein besonderer Fokus soll in Zukunft erneut auf die Forschung an der Volumenkristallzüchtung an piezoelektrischen Hochtemperaturkristallen für Druck-, Kraft- und Beschleunigungssensorprodukte gerichtet werden. Diese finden vor allem Anwendung in der industriellen Prozesskontrolle sowie der Automobil-F&E. Darüber hinaus soll weiter im Bereich der Kristallbearbeitung geforscht werden, sobald das IKZ seine Fähigkeiten durch das geplante anwendungsorientierte Programm für Kristalle für die Elektronik und Photonik erweitert hat. Darauf einigten sich beide Partner.

„Für Kistler hat diese Zusammenarbeit eine sehr große Bedeutung, bilden doch die piezoelektrischen Kristalle das Herz der Sensoren. Im Laufe der Zusammenarbeit wurden zahlreiche neue Kristallverbindungen gezüchtet und evaluiert.“ (Dr. Claudio Cavalloni, Firma Kistler Instrumente AG).

Das IKZ hat mit der Firma Kistler einen sehr wertvollen Partner an der Seite, der weltweit führend auf dem Gebiet der sensorischen Messtechnik ist. Geschätzt wird insbesondere die langjährig gewachsene, persönliche und effiziente Zusammenarbeit.

 

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"September/17 IKZ-News: Dr. Kaspars Dadzis erhält internationalen LIMTECH Nachwuchspreis"

Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Modellexperimente und numerischen Simulation bei der Kristallzüchtung wird Herr Dr. Kaspars Dadzis (Leibniz-Institut für Kristallzüchtung) mit dem LIMTECH Young Scientist Award 2017 ausgezeichnet.

Herr Dadzis arbeitete von 2002 bis 2007 an der Universität von Lettland, Riga, an der Simulation von Kristallzüchtungsprozessen nach dem Float Zone-Verfahren bevor er sich ab 2008 näher mit der industriellen Kristallzüchtung beschäftigte (SolarWorld, Freiberg). Seine Promotion erlangte er im Bereich der gerichteten Erstarrung von Silizium an der TU Bergakademie Freiberg in Kooperation mit den Fraunhofer Instituten IISB und THM. Seit 2016 forscht Herr Dadzis am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in der Arbeitsgruppe Silizium & Germanium an der Entwicklung neuer Methoden beim Wachstum kristalliner Materialien.

Der Preis wird jährlich von der LIMTECH Alliance, eine von der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren geförderte Forschungsinitiative zur Flüssigmetalltechnologie, verliehen. Im Rahmen eines Symposiums der Allianz am 19. und 20. September 2017 in Dresden wird Herr Dr. Dadzis seinen Vortrag zur Preisverleihung zum Thema „Modellexperimente in der Kristallzüchtung“ halten. Der Preis ist mit 2000 € dotiert.

Weitere Informationen zum Preis und zur Konferenz finden Sie hier:

International LIMTECH Young Scientist Award

Final LIMTECH Colloquium and International Symposium on Liquid Metal Technologies


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"November 2018 IKZ-News: Am IKZ gezüchtete Einkristalle aus dem hoch angereicherten
Isotop Silizium-28 ermöglichen die Neudefinition der Kilogramm-Masseeinheit"

Am 16. November 2018 hat die Generalkonferenz für Maße und Gewichte in Paris eine neue Definition des Kilogramms auf Basis von Naturkonstanten beschlossen, die am 20. Mai 2019 in Kraft treten wird. Das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung hatte einen Anteil daran, dass das fast 140 Jahre alte künstliche Objekt des Ur-Kilogramms abgelöst wird, denn hochperfekte Kristalle aus nahezu isotopenreinem Silizium-28 (Si-28) waren für dieses Vorhaben von entscheidender Bedeutung.

Si kg

 

Im Kontext des internationalen Avogadro-Projekts wurde am IKZ die Züchtung hochreiner Si-28-Kristalle, einschließlich der Abscheidung der polykristallinen Rohstäbe, entwickelt.


Bei diesen Kristallen haben nahezu alle Atome die gleiche Masse und sind in einem regelmäßigem dreidimensionalen Gitter angeordnet, was eine sehr genaue Zuordnung zwischen der Masse des Kristalls und der Zahl seiner Atome ermöglicht. Aus diesem Zusammenhang kann der Wert der Avogadro-Konstante mit nie dagewesener Präzision abgeleitet werden und damit als fundamentale Naturkonstante zur Definition des Kilogramms herangezogen werden.


Im Rahmen der von der Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) geführten „KILOGRAMM“-Projekte wurden aus den Si-28-Kristallen aus dem IKZ mehrere sehr präzise Kugeln mit weniger als 20nm Formabweichungen bei rund 94mm Durchmesser und mit einer defektfrei polierten Oberfläche präpariert. Unter diesen Voraussetzungen gelang es der PTB, die Zahl der Si-28-Atome, die eine Kristallkugel von 1 kg Gesamtmasse ergeben mit der geforderten Unsicherheit von weniger als 2 x 10-8 zu bestimmen.


Sie beträgt:        2,152538397 x 1025 Atome Silizium-28  

 
Kristallines Silizium liegt üblicherweise als natürliches Gemisch der stabilen Isotope der Massezahlen 28, 29 und 30 vor. In Russland steht erfreulicherweise die Technologie der Isotopenanreicherung mit Ultrazentrifugen für zivile Anwendungen zur Verfügung. Durch eine Weiterentwicklung dieser Technologie konnten Rekordwerte von über 99,999%  Si-28 erreicht werden.
Um die notwendige Reinheit der aus diesem Material gezüchteten Kristalle zu gewährleisten sind diverse materialintensive Schmelzzonen-Reinigungsschritten notwendig. Die besonderen Herausforderungen waren deshalb der ca. 1000-fach höhere Materialpreis gegenüber herkömmlichem Silizium sowie die begrenzte Stoffmenge.  

 
Silizium gilt als ein sehr umfassend untersuchtes Halbleitermaterial, das weltweit die Mikroelektronik und damit Kommunikationstechnologien dominiert. Das IKZ wird weiterhin an den extremen Anforderungen für die weitere Verbesserung der Materialeigenschaften arbeiten, um künftige Anwendungen wie künstliche Intelligenz und Quantentechnologien zu ermöglichen.

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"Oktober 2018 IKZ-News: "Familienfreundlicher Arbeitgeber: Leibniz-Institut für Kristallzüchtung erhält erneut Zertifikat zum audit berufundfamilie"

Für weitere 3 Jahre wurde dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) am 30. September 2018 das Zertifikat zum audit berufundfamilie bestätigt. Mit dem Zertifikat wird das Institut für sein Engagement im Bereich der strategisch ausgerichteten familien- und lebensphasenbewussten Personalpolitik ausgezeichnet.

Logo audit beruf familie A4

Voraussetzung für die Zertifizierung ist das erfolgreiche Durchlaufen des von der berufundfamilie Service GmbH angebotenen Auditierungsverfahrens, das einen systematischen Prozess der betrieblichen Vereinbarkeit initiiert und verfolgt. Im Auditierungsprozess wurden die vorhandenen Instrumente zur Unterstützung der Vereinbarkeit von Beruf, Familie und Privatleben evaluiert und weitere unternehmensspezifische Maßnahmen vereinbart.

 

Die erneute Zertifizierung zeigt, dass das IKZ kontinuierlich an einer familienfreundlichen Personalpolitik arbeitet. Das Institut hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Rahmenbedingungen für seine Beschäftigten zu verbessern und ihnen Instrumente an die Hand zu geben, mit denen sich Familie/Privatleben und Beruf besser miteinander vereinbaren lassen. Hierzu gehören z.B. flexible Möglichkeiten zur Gestaltung der Arbeitszeit, ob es sich dabei um die tägliche Arbeitszeit oder eine (vorübergehende) Teilzeitbeschäftigung handelt. Ein Eltern-Kind-Zimmer steht Beschäftigten für die Überbrückung von kurzzeitigen Engpässen zur Verfügung.

 

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"September/17 IKZ-News: Das IKZ erfolgreich bei der Adlershofer Firmenstaffel 2017"

Am 7. September 2017 fand auf dem ehemaligen Flugfeld Johannisthal die 5. Adlershofer Firmenstaffel statt. Insgesamt gingen 163 Teams für die in Adlershof ansässigen Firmen an den Start und kämpften auf einer Gesamtstrecke von 8,7 km (3 x 2,9 km) um die beste Laufzeit.

Das IKZ wurde hierbei erfolgreich vertreten von Felix Lange, Natalia Stolyarchuk und Christian Ehlers (von links nach rechts), welche eine gute Platzierung in der vorderen Hälfte belegen konnten.

 

Wir bedanken uns an dieser Stelle recht herzlich bei den Organisatoren Gesundheitssport Berlin-Brandenburg e. V. (GSBB) für die sehr gelungene Veranstaltung.


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"Oktober 2018: IKZ Sommerschule 2018"

Vom 24. - 26. September 2018 lud das IKZ zur Sommerschule mit dem Thema "Solid-State Lasers". Die mehr als 50 Teilnehmer waren zur Hälfte Nachwuchsforscher und Studenten von externen Einrichtungen, teilweise sogar aus dem Ausland angereist – ein Beleg für die Aktualität dieser erst im letzten Jahr am IKZ etablierten Forschungsthematik.

Während des dreitägigen Workshops behandelte der Dozent Prof. Dr. Günter Huber von der Universität Hamburg grundlegende Aspekte der Laserphysik und des Wachstums von Seltenerd-dotierten Laserkristallen. Im weiteren Verlauf wurden diese Grundlagen anhand vieler konkreter Beispiele vertieft und mit dem sehr aktiven Publikum intensiv diskutiert. Komplettiert wurde das Programm durch Laborführungen am IKZ und am MBI sowie einen Kennenlernabend organisiert von IKZ-Doktoranden.

 

Neben dem Dank an den Dozenten Prof. Dr. Günter Huber gebührt dieser auch allen an der Organisation der Sommerschule beteiligten, insbesondere den Kollegen vom MBI für die interessante Laborführung dort.

 

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"April/17 IKZ-News: Kick-off Veranstaltung anlässlich der Gründung des neuen
Zentrums für Lasermaterialien"

Im Rahmen eines zweitägigen Workshops lud das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) am 27. und 28.04.2017 Fachleute aus Forschung und Industrie dazu ein, einen Einblick in die Arbeit des neuen Zentrums für Lasermaterialien zu erlangen.

Unter Leitung von Herrn Dr. Christian Kränkel entsteht am IKZ seit April 2017 ein Kompetenzzentrum, welches in Zusammenarbeit mit dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), innovative Lasermaterialien erforscht, qualifiziert und entwickelt.

Die Teilnehmer des Workshops kamen in einem offenen Rahmen zusammen, um Einblicke in aktuelle Kompetenzen der Stakeholder und zukünftige Arbeitsschwerpunkte des neuen Zentrums zu gewinnen sowie Möglichkeiten für industrielle Anwendungen zu diskutieren. Eine Reihe von Fachvorträgen zum Thema Lasertechnologie rundete das Programm ab.

 


Zentrum für Lasermaterialien / Center for Laser Materials
(web presence)
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"Oktober 2018 IKZ-News: "IKZ-Wissenschaftlerin Dorothee Braun mit dem Marthe-Vogt-Preis 2018 ausgezeichnet"

Für ihre mit Auszeichnung abgeschlossene Dissertation im Bereich der Entwicklung von ferroelektrischen Materialien wurde Frau Dorothee Braun der Marthe-Vogt-Preis des Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB) verliehen. Erstmalig ging der seit 2001 verliehene Preis des FVB an eine Forscherin des Leibniz-Institutes für Kristallzüchtung.

Logo MartheVogt farbe

Frau Braun untersuchte in ihrer Doktorarbeit Materialien mit ferro- und piezoelektrischen Eigenschaften, wie sie für elektronische Anwendungen, z.B. für Drucksensoren, nicht-flüchtige Speicherbauelemente oder Ultraschallgeräte, eingesetzt werden. Die derzeit verwendeten Materialien stellen aufgrund ihres Bleianteils ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Daher gilt es, bleifreie Materialien mit vergleichbaren oder neuartigen Eigenschaften zu finden. Hierzu untersuchte sie insbesondere dünne kristalline Kaliumnatriumniobat-Schichten und betrachtete die Beziehung zwischen der kristallinen Struktur und der sich ausbildenden ferroelektrischen Ordnung. Dorothee Braun legte mit ihrer Doktorarbeit die Basis für die weitere, zielgerichtete Forschung an der Struktur-Eigenschafts-Beziehung von Oxidschichten, insbesondere mit Perowskitstruktur. Die experimentellen und theoretischen Arbeiten wurden in der AG Ferroelektrische Oxidschichten, unter der Betreuung von Dr. Jutta Schwarzkopf, im IKZ durchgeführt.

 

„Mit Dr. Dorothee Braun zeichnet der Forschungsverbund Berlin e.V. eine herausragende Wissenschaftlerin aus, die in ihrer Promotion ein sehr anspruchsvolles Thema souverän bearbeitet hat.“ (Forschungsverbund Berlin e.V.)

 

Der begehrte Preis wurde Frau Braun in einem feierlichen Rahmen am 8. November 2018 im Haus der Leibniz-Gemeinschaft in Berlin übergeben.

 

Lesen Sie die vollständige Pressemitteilung des Forschungsverbundes Berlin e.V.:
Spannende Kristalle: Dorothee Braun erhält Marthe-Vogt-Preis

 

Weitere Informationen zum Marthe-Vogt-Preis:
http://www.fv-berlin.de/nachwuchs/nachwuchswissenschaftlerinnen-preis-1

 

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"September 2018: IKZ leitet Initiative zur Entwicklung von UV-Leuchtdioden"

Am 1. September startete ein neues Verbundprojekt, das im Rahmen des BMBF-Konsortiums „Advanced UV for Life“ gefördert und vom IKZ koordiniert wird. In den nächsten drei Jahren wird die Themengruppe „Aluminiumnitrid“ am IKZ mit ihren Partnern die Wertschöpfungskette aufbauen und entwickeln, um die kommerzielle Fertigung von UV-Leuchtdioden (UV-LEDs) mit ultrakurzen Wellenlängen um 230 nm auf AlN-Substraten zu ermöglichen. Solche Bauelemente sind für neue Anwendungen in der Gas- und biochemischen Sensorik, Medizin- und Umwelttechnik, Wasser-, Oberflächen- und Luftdesinfektion wichtig, aber noch nicht auf dem Markt verfügbar.

 

Die Entwicklung von UV-LEDs mit einer Wellenlänge im Bereich 265-310 nm steht im Mittelpunkt der derzeitigen Aktivitäten in "Advanced UV for Life". Dank der erfolgreich eingesetzten Technologie der Epitaxie von AlGaN-Schichten auf Saphirsubstraten stehen solche Bauelementen kurz vor der Markteinführung. Im Gegensatz dazu benötigen Bauelemente mit einer Wellenlänge unter 245 nm AlGaN-Schichten mit einem Al-Gehalt über 80%. Für diese Schichten sind Saphirsubstrate nicht mehr geeignet, und es sollten native, defektarme AlN-Substrate verwendet werden.

 

Als Element ganz am Beginn der Wertschöpfungskette entwickelt die Forschungsgruppe "Aluminiumnitrid" des IKZ die Züchtungstechnologie zur Herstellung von AlN-Substraten mittels physikalischem Gasphasentransport (PVT). Im aktuellen Vorhaben werden AlN-Substrate mit einer spezifizierten, geringen Defektdichte sowie einem industriell verwendbaren Substratdurchmesser von mindestens 25 mm benötigt. Zudem müssen die Substrate bei der Anwendungswellenlänge optisch transparent sein, um eine effiziente Extraktion der in den aktiven Schichten erzeugten Photonen zu ermöglichen. Für die geplante industrielle Herstellung von AlN-Substraten ist darüber hinaus entscheidend, die Reproduzierbarkeit und Ausbeute in der AlN-Kristallzüchtung zu erhöhen.

 

Zusätzlich zur Herstellung defektarmer AlN-Kristalle enthält der gemeinsame Arbeitsplan des IKZ und seiner Partner – Ferdinand-Braun-Institut (FBH), AG Nanophotonik (Prof. Kneissl) an der Technischen Universität Berlin sowie die Firmen Freiberger Compound Materials und CrysTec – die Konfektionierung in epitaxietaugliche Wafer, die Epitaxie pseudomorph verspannter Schichtsysteme und die Entwicklung der spezifischen Bauelementtechnologie (siehe die Abbildung)

AlN230 Eng

Wertschöpfungskette im Verbundprojekt „AlN-230nm“. (Foto: IKZ; C. Kuhn (TU Berlin))

 

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!.

 

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"August/17 IKZ-News: Thomas Schröder erhält Ruf als neuer Direktor des IKZ"

Am 15.08.2017 wurde der Ruf an Herrn Prof. Dr. Thomas Schröder für die Professur „Kristallwachstum“ an der Humboldt-Universität zu Berlin ausgesprochen. Damit verbunden ist die Position des Direktors des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung.

Herr Schröder ist derzeitig Abteilungsleiter der Sektion Materialforschung am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik in Frankfurt (Oder) und besetzt eine Professur für Halbleitermaterialien an der BTU Cottbus – Senftenberg.


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"März/17 IKZ-News: Gründerpreis für IKZ-Ausgründung GOLARES"

Ausgezeichnet beschichten – Gründerpreis für IKZ-Ausgründung GOLARES

Die GOLARES GmbH wurde am 24. März 2017 mit dem mit 50.000 Euro dotierten Gründerpreis der Leibniz-Gemeinschaft ausgezeichnet. Die Ausgründung des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ) bietet Beschichtung und Mikrostrukturierung mittels Plasmatechnologie von opto- und mikro­elektronischen Bauelementen an. Die Behandlung von Oberflächen mit Gas-Plasma ist ein Schlüsselschritt bei der Herstellung derartiger High-Tech-Produkte. Dr. Michael Arens und Dr. Sebastian Golka beschäftigen sich seit mehr als 10 Jahren mit dieser Technologie und haben GOLARES im Juni 2016 ausgegründet.

,,Unser Verfahren ist besonders schädigungsarm“, erklärt Sebastian Golka, ,,gleichzeitig sind unsere Schichten von hoher Qualität, die mit anderen Verfahren so nicht erreicht werden kann.“ Das wiederum erhöht die Effizienz und die Lebensdauer der Endprodukte. Hinzu kommt, dass es kaum Anbieter für Beschichtungen mit speziellen Materialien wie Titan- oder Aluminiumnitrid mit der plasmaunterstützten Gasphasenbeschichtung gibt. „Wir bieten Dienstleistungen, die besonders für kleine und mittlere Unternehmen interessant sind, die keine eigenen Plasmaanlagen haben“, ergänzt Michael Arens. Oftmals sind auch nur kleine Serien für die Forschung und Entwicklung notwendig.

Das Gründungsvorhaben erfolgte zunächst aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums im Rahmen eines EXIST-Gründerstipendiums. Mit dem Preisgeld von 50.000 € erhalten die beiden Gründer die Möglichkeit, den Markteintritt erfolgreich zu gestalten und damit ihr Unternehmenskonzept weiter auszubauen.

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"September 2018: Symposium "Epitaktische Oxidfilme für elektronische Anwendungen" auf dem EMRS Herbsttreffen 2018 in Warschau"

Vom 16. bis 20. September 2018 bietet die EMRS-Fachtagung ein spannendes Programm von 34 eingeladenen Vorträgen, 29 weiteren Vorträgen und 16 Posterpräsentationen zum hochmodernen Forschungsthema der funktionellen Oxid-Elektronik. Federführend hierbei ist IKZ-Abteilungsleiter Matthias Bickermann und seine Mitorganisatoren Pavlo Zubko (London), Debdeep Jena (Cornell, USA) und Ulrike Diebold (Wien).

 

Die Themen des Symposiums reichen von Wachstum, Charakterisierung und Bauelementdemonstration von Galliumoxid-Halbleiterschichten über leitfähige Oxidgrenzflächen und Dünnfilme, Perowskit- und Übergangsmetalloxid-Heterostrukturen, Ferroelektrika bis hin zu Defekten und resistiv schaltenden Schichten. Die Herausforderung ist hierbei, die bei der Halbleiter-Epitaxie üblichen Kontrolle und Perfektion auf die Herstellung funktioneller Oxidschichten zu übertragen.

 

Diese Themen wurden in Forscherkreisen bisher nicht gemeinsam verhandelt. Die internationale Teilnahme und die renommierten Vortragenden zeigen, dass diese Art von Forschung hochaktuell ist. Das IKZ beteiligt sich mit neun Vorträgen aus den Arbeitsgruppen "Ferroelektronische Oxidschichten", "Halbleitende Oxidschichten", "Physikalische Charakterisierung", "Elektronenmikroskopie" und "Oxide & Fluoride". Auch unsere Partner aus dem Leibniz-WissenschaftsCampus "GraFox" sind stark am Symposium beteiligt.

 

Ausführliche Informationen finden Sie auf der Symposium-Homepage unter:
https://www.european-mrs.com/epitaxial-oxide-films-electronic-applications-emrs
GraFOx: http://grafox-pdi-berlin.de

 

 

 

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"September/2018: IKZ gleich 3 Mal erfolgreich"

Bei bestem Wetter und guter Laune traten am vergangenen Donnerstag, 06. September 2018, für das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung gleich 3 Teams bei der 6. Adlershofer Firmenstaffel an. Auf einer Gesamtlänge von 8,7 km wurde in 3er-Teams gegen andere in Adlershof ansässige Firmen ins Rennen gegangen.

 

Jeder Läufer hatte hierbei eine Strecke von 2,9 km zu überwinden bis er den Staffelstab an seinen Teamkollegen abgeben konnte oder die Ziellinie erreicht hatte. Insgesamt kämpften bei der durch den Gesundheitssport Berlin-Brandenburg e.V. organisierten Laufveranstaltung 209 Teams um eine gute Zeit, wobei das IKZ erfolgreich die Plätze 25, 29 und 98 belegen konnte.

 

Wir gratulieren den teilgenommenen Teams herzlich zu diesen tollen Ergebnissen!

 

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"Februar/17 Development of large Gallium(III)oxide single crystals for electronic devices"

 

An intensive research on bulk growth of β-Ga2O3 by the Czochralski method resulted in development of large single crystals of 2 inch diameter and length up to 4 inch.
High thermal instability at high temperatures of that compound required an application of unique technical solutions to thermodynamically stabilize and make the growth of β-Ga2O3 stable. The provision of this proprietary technology allows for yet further scaling-up of melt grown β-Ga2O3 crystals.
β-Ga2O3 is a transparent semiconducting oxide with a wide energy gap of 4.85 eV, a wide range of possible free electron concentrations between 1016 and 1019 cm-3 and electron mobility up to 150 cm2V-1s-1. Electrically insulating crystals can also be obtained by doping with Mg.
A unique combination of electrical and optical properties make β-Ga2O3 a great candidate for designing devices in different areas of state of the art technology, such as in transparent or high power electronics, optoelectronics and detecting systems.

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"September/2018: IKZ gleich 3 Mal erfolgreich"

Bei bestem Wetter und guter Laune traten am vergangenen Donnerstag, 06. September 2018, für das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung gleich 3 Teams bei der 6. Adlershofer Firmenstaffel an. Auf einer Gesamtlänge von 8,7 km wurde in 3er-Teams gegen andere in Adlershof ansässige Firmen ins Rennen gegangen. Jeder Läufer hatte hierbei eine Strecke von 2,9 km zu überwinden bis er den Staffelstab an seinen Teamkollegen abgeben konnte oder die Ziellinie erreicht hatte. Insgesamt kämpften bei der durch den Gesundheitssport Berlin-Brandenburg e.V. organisierten Laufveranstaltung 209 Teams um eine gute Zeit, wobei das IKZ erfolgreich die Plätze 25, 29 und 98 belegen konnte.

Wir gratulieren den teilgenommenen Teams herzlich zu diesen tollen Ergebnissen.

 

Firmenstaffel 002

IKZ-Direktor Prof. Dr. Thomas Schröder beim Zieleinlauf der 6. Adlershofer Firmenstaffel
Foto: Stefanie Grüber
© IKZ

 

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Lange Nacht der Wissenschaften 2016 - 1.828 Besucher kamen zum Leibniz-Institut für Kristallzüchtung

Auch dieses Jahr fand in Berlin und Potsdam wieder die Lange Nacht der Wissenschaften statt. Am Samstag, den 11.06.2016, öffneten 73 wissenschaftliche Einrichtungen wieder ihre Türen, um interessierten Besuchern einen Einblick in ihre Räumlichkeiten und Forschungsinhalte zu geben! Dieses Jahr kamen 1.828 interessierte Besucher ans IKZ, um unsere Räumlichkeiten in der Max-Born-Str.2 in Berlin Adlershof zu besuchen. Zeitweise bestand eine 90minutige Wartezeit, aufgrund der sehr großen Nachfrage, um einen Platz für eine Führung zu erhalten.

"Mai/17 IKZ in der Presse: 25 Jahre Forschungsverbund Berlin - schwieriger Neuanfang nach der Wende - Gespräch mit Dr. Günter Wagner"

Quelle: Berliner Zeitung, 17.05.2017
25 Jahre Forschungsverbund Berlin - schwieriger Neuanfang nach der Wende

...So entstand auch das Institut für Kristallzüchtung (IKZ), das zum Forschungsverbund gehört und seinen Sitz in Adlershof hat. „Nach der Evaluierung wurde beschlossen, dass der Bereich Kristallzüchtung eines der Akademie-Institute gute Impulse für die gesamtdeutsche Forschungslandschaft geben würde“, erinnert sich Günter Wagner. Der Kristallograf ist seit 1992 wissenschaftlicher Mitarbeiter am IKZ. Aus diesem speziellen Bereich wurde ein neues, eigenständiges Institut gegründet – mit Wissenschaftlern aus unterschiedlichen Einrichtungen, die sich mit dem Thema Kristallzucht befassten. Heute ist das Institut europaweit führend. Die Kristalle werden beispielsweise für Datenspeicher, Quantentechnologie und Elektronik gebraucht.

 

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"Juli 2018: Mechanismus der Spannungsrelaxation in Gruppe III-Nitrid filmen aufgedeckt"

Forscher der Arbeitsgruppe Elektronenmikroskopie am IKZ haben die grundlegende Frage nach der Entstehung von Fehlpassungsversetzungen in verspannten c-orientierten Wurtzit-Schichten geklärt. Die neuen Erkenntnisse, welche im Journal of Applied Physics veröffentlicht wurden, werden insbesondere dazu beitragen, das Wachstum von AlGaN/GaN-Heterostrukturen für UV-Emitter zu optimieren. Somit können entweder Filme mit geringer Defektdichte realisiert werden oder, für den Zweck eines Verspannungsmanagements, die plastische Relaxation in solchen Strukturen gezielt herbeigeführt werden.

 

Die Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung befassten sich mit dem entscheidenden Schritt der Nukleation der Fehlpassungsversetzungen und untersuchten insbesondere den Einfluss verschiedener Wachstumsarten auf den Relaxationsprozess. Ihre Arbeit liefert erstmals ein zuverlässiges quantitatives Modell für den plastischen Relaxationsprozess von verspannten c-orientierten Wurtzitfilmen und erlaubt es, die kritische Dicke in Abhängigkeit von der tatsächlichen Oberflächenmorphologie genau vorherzusagen.

 

Ob man die Verspannung zwischen zwei Schichten mit Gitterfehlpassung relaxieren will oder pseudomorphe, defektfreie Heterostrukturen wachsen möchte, , in beiden Fällen ist es von zentraler Bedeutung zu verstehen, unter welchen Bedingungen und wie genau sich Fehlpassungsversetzungen im Material bilden. Bisherige quantitative Untersuchungen zur plastischen Relaxation in Wurtzitfilmen nahmen die klassischen Modelle aus kubischen Materialien (InGaAs auf GaAs, SiGe auf Si) auf. In diesen Arbeiten berücksichtigten die Autoren nur den Aspekt der Energiebilanz, d.h. den Moment, in dem die plastische Relaxation energetisch günstig wird, während der Nuklationsprozess der Fehlpassungsversetzungen selbst völlig vernachlässigt wurde. Bei Wurtzitmaterialien ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, diesen Schritt zu berücksichtigen, da die Möglichkeiten der Versetzungsausbreitung innerhalb des Wurtzitkristallgitters begrenzt sind. Als Ergebnis bestand seit vielen Jahren eine signifikante Diskrepanz zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Beobachtungen der plastischen Relaxation in III-Nitrid-Dünnschichten.

 

Die aktuelle Studie kombiniert eine eingehende experimentelle Analyse der Versetzungsbildung in AlGaN/GaN-Heterostrukturen bei jedem Wachstumsschritt mittels Transmissionselektronen-mikroskopie (TEM), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) mit theoretischen Berechnungen der Spannungsverteilung an den Versetzungsnukleationsstellen nach der Finite-Elemente-Methode.

 

 "Wir haben festgestellt, dass bei c-orientierten Wurtzitfilmen erst das Vorhandensein von dreidimensionalen Oberflächenstrukturen, wie etwa Kanten und Ecken von Inseln, Risse, Makrostufen oder V-Pits - sowie die hohe Konzentration der Scherspannung an diesen Stellen die Nukleation und Ausbreitung von Fehlpassungsversetzungen in der Grenzflächenebene ermöglicht. Dies eröffnet einen effizienten Pfad für plastische Relaxation." - sagt Dr. Toni Markurt, der Autor der Arbeit und Forscher am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung.


Laut den Autoren ist zudem die kritische Dicke der Filme stark von der Oberflächenmorphologie und der tatsächlichen Geometrie der Oberflächenstrukturen abhängig: So können beispielsweise zweidimensionale Schichten mit Rissen dicker gewachsen werden als Filme mit dreidimensionalen Inseln, bevor sie anfangen plastisch zu relaxieren.

 

Die Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit OSRAM Opto Semiconductors durchgeführt, die ebenfalls e spezielle Proben für die experimentelle Studie zur Verfügung gestellt haben.

 

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"Juni 2018 - Eine Sommernacht in der Kristallwelt"

Am 9. Juni öffnete das IKZ wieder die Türen für die Besucher der Langen Nacht der Wissenschaften – eine jährliche Veranstaltung, die das Bewusstsein für Wissenschaft und Technik fördert.

Trotz der tropischen Hitze in Berlin kamen am Samstagabend 1452 Besucher an das Institut für Kristallzüchtung, um sich über Kristallzüchtung, moderne Kristalle und ihre Anwendung in der Technik zu erkundigen. 

 

Durch die Kombination von Lasern, Kristallwachstum, sowie Führungen durch unsere Züchtungshallen und wissenschaftlichen Vorträgen ist es uns gelungen, eine Balance zwischen einem "Wow"-Effekt und ernsthaften Denkanstößen für neugierige Gäste zu schaffen.

 

 

 

 

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"Juni 2018 - Weltweit effizientester direkt gelb emittierender Festkörperlaser"

Forscher am Zentrum für Lasermaterialien (ZLM) am IKZ haben unter Verwendung eines mit Terbium-Ionen (Tb3+) dotierten Fluoridkristalls den bisher effizientesten, direkt im Gelben emittierenden Festkörperlaser aufgebaut. Durch seine Emissionswellenlänge, sehr nahe an der Absorption der Natrium-D-Linie bei 589 nm, könnte dieser Laser zukünftig in der Natriumspektroskopie eingesetzt werden, z.B. für Laserleitsterne in der Astronomie oder in der Mikroskopie.

 

Die Erzeugung sichtbarer Laserstrahlung ist oft nicht einfach. So nutzen grüne Laserpointer zum Beispiel einen komplizierten nichtlinearen Prozess, um infrarotes Licht bei 1064 nm in grünes Licht bei 532 nm zu konvertieren. Dies begrenzt die Effizienz und damit auch die Batterielebensdauer dieser Laser deutlich. Farbstofflaser werden ebenfalls häufig für den sichtbaren Spektralbereich eingesetzt, jedoch sind sie durch ihr flüssiges und oft giftiges Verstärkermedium nicht unproblematisch in der Handhabung. Auch Halbleiterlaser weisen eine Lücke im grün-gelben Spektralbereich auf.

 

Diese Umstände motivieren die Forschung an seltenerd-dotierten Kristallen für Festkörperlaser mit direkter sichtbarer Laseremission am ZLM.

In den letzten Jahren wurden große Fortschritte im Bereich roter, grüner und orangener Laser, basierend auf trivalentem Praseodym (Pr3+) als aktivem Ion, erzielt. Für gelbe Laser ist Pr3+ aber nicht geeignet. Erst kürzlich wurde gezeigt, dass hier Tb3+ eine Alternative darstellen könnte.

 

Lange wurde Terbium für ungeeignet als Laserion gehalten, da es Licht nur sehr schwach absorbiert und emittiert. Zudem sind in Tb3+ unerwünschte parasitäre Absorptionsprozesse intrinsisch begünstigt. Die neueste Forschung am ZLM zeigte jedoch, dass sich diese Nachteile durch die Verwendung von Fluoriden als Wirtskristallen und die Verwendung sehr hoher Dotierungskonzentrationen weitgehend kompensieren lassen.

 

Auf diese Weise konnte der bisher effizienteste direkt gelb emittierende Festkörperlaser demonstriert werden. Unter optischem Pumpen mit einem blauen Halbleiterlaser emittierte ein 28% Tb3+-dotierter Lithium-Lutetium-Fluorid Kristall (Tb:LLF) eine Ausgangsleistung von 0.5 W bei einer Laserwellenlänge von 588 nm und einer Effizienz von 25%. Derzeit ist die Laserleistung noch durch die verfügbare Pumpleistung begrenzt. Die Aussichten für die Leistungsskalierung sind jedoch sehr gut, da LLF ein etabliertes Lasermaterial ist, das bei Dotierung mit anderen Laserionen bereits die Erzeugung sehr hoher Leistungen gestattete.

 

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16. Girls'Day! Auch das IKZ öffnet am 30.04.16 seine Türen für den diesjährigen Girls'Day

Auch am diesjährigen Girlsday nutzt das IKZ seine Chance, das Interesse von Mädchen der Klassen 5 bis 10 für unsere vielfältgen Arbeitsbereiche zu wecken und sich so vielfältige Personalressourcen für die Zukunft zu erschließen. An diesem Tag werden unsere Labore, Büros und Werkstätten für interessierte Teilnehmerinnen geöffnet sein!  

"Mai 2018 - Projekt CHEETAH erfolgreich beendet: in Richtung Zukunft der Photovoltaik durch europäische Zusammenarbeit"

Im März 2018 hat die Abteilung „Schichten und Nanostrukturen“ des Leibniz-Institutes für Kristallzüchtung (IKZ) das EU-Projekt CHEETAH erfolgreich abgeschlossen. Dieses, mit dem 7. Europäischen Rahmenprogramm geschaffene wissenschaftliche Verbundprojekt, förderte über 4 Jahre die Entwicklung von neuartigen Photovoltaiktechnologien in allen Stadien der Wertschöpfungskette. Ziel war es, ein neues Verfahren zu entwickeln, welches die Kosten durch Materialeinsparung reduziert und den Wirkungsgrad erhöht im Vergleich zur bestehenden multi- und polykristallinen Siliziumtechnologie. Das Projekt bündelte die Kompetenzen von 33 Mitglieds-einrichtungen der Europäischen Energieforschungsallianz (EERA), zu denen auch das IKZ zählt.

In unserer Abteilung erfolgte zum einen die Züchtung von einkristallinen Si-Schichten auf dünnen Folien aus reorganisiertem, porösem Silizium und auf Glas  (Abb. 1). Diese haben potentielle Vorteile gegenüber den herkömmlichen Si-Wafern und könnten in Solarzellen eingesetzt werden. Zum anderen wurde eine Methode entwickelt, um an definierten Orten auf einem Glassubstrat inselartige Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (Cu(InxGa1-x)Se2)-Mikrokristalle (ca. 50 µm) aufzuwachsen. Diese sind die Basis für die Entwicklung von kostengünstigen CIGSe-Mikrokonzentrator-Solarzellen.


Neben den Forschungsaktivitäten spielten bei CHEETAH auch die europäische Nachwuchsförderung sowie der Aufbau eines Netzwerkes zu langfristigen Kooperationsbeziehungen eine wichtige Rolle. Im Rahmen des Projektes konnten zwei Postdoc-Stellen finanziert werden am IKZ. Darüber hinaus konnte fünf Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit geboten werden, kurze Forschungsaufenthalte zu realisieren, wobei deren Ergebnisse auf Workshops und Konferenzen in den Partnerinstitutionen sowie in den USA, Singapur und Japan präsentiert werden konnte.

Unmittelbare Forschungspartner des IKZ für die Entwicklung von Dünnschicht-Siliziumsolarzellen waren IMEC (Belgien), INES (Frankreich), SINTEF (Norwegen), ECN (Niederlande) und ISE (Deutschland). Bei der Entwicklung von CIGSe-Mikrokonzentrator-Solarzellen kooperierte das IKZ mit ENEA (Italien), der Universität Estland, INL (Portugal) sowie dem Helmholtz-Zentrum und der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) aus Berlin, Deutschland.

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fig2 solarcell klein

Abb. 1: Prinzip des Aufwachsens einer Si-Epitaxieschicht auf reorganisiertem porösem Si

 

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"April 2018 - Entwicklung eines Messverfahrens für die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern in Silizium- und Germaniumkristallen"

Ein neu entwickeltes Auswertungsverfahren gestattet es die Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern abzubilden. Die Möglichkeit gleichzeitig Defekte, Widerstandsinhomogenitäten und Trägerlebensdauerverteilung zu visualisieren, ist der Hauptvorteil des verbesserten kombinierten LPS & SPL-Systems. Damit lassen sich Unsicherheiten bei der Dateninterpretation vermeiden, die bei separaten Messungen auftreten können.

Elektrisch aktive Defekte in Silizium- oder Germaniumkristallen können durch Lateral Photovoltage Scanning (LPS) oder Scanning Photoluminescence (SPL) sichtbar gemacht werden. Beide Methoden wurden am IKZ konzipiert, weiterentwickelt und zur Charakterisierung routinemäßig eingesetzt, um Defekte, wie Korngrenzen, Versetzungen oder inhomogene Fremdstoffverteilungen (Striations) abzubilden.

Struktur- und Verunreinigungsdefekte verstärken die Ladungsträgerrekombination in Halbleitern. Wenn ein angeregtes Elektron-Loch-Paar an einen solchen Defekt rekombiniert, d.h. sich gegenseitig aufhebt, wird Energie, in Form von Licht oder Wärme freigesetzt. Je länger die Ladungsträger von der Rekombination verschont bleiben, desto länger ist ihre "Lebensdauer" die ein wichtiger Qualitätsparameter ist.

Das neue System, ausgestattet mit zwei Festkörperlasern mit variabler Leistung, deren Laserstrahlen zusätzlich fokussiert werden können, ermöglicht es Rekombinationszentren und ihre Auswirkungen auf die Lebensdauer ortsaufgelöst über die Probenfläche zu ermitteln.
Aufgabe des Messplatzes ist es, mit Hilfe der gleichzeitig gemessenen LPS- und SPL-Signale, Rekombinationszentren, die für die Qualität des Halbleitermaterials mit entscheidend sind, im 2D-Scan sichtbar zu machen und quantitativ zu vermessen. Dies ist für einkristallines und multikristallines Silizium interessant sowie für Germanium- und Silizium-Germanium-Mischkristalle.

Da sich Rekombinationszentren generell nachteilig auf die Qualität der in der Photovoltaik oder Elektronik eingesetzten Bauelemente auswirken, ist die Möglichkeit Rekombinationszentren zu visualisieren und ihren Ursprung zu verstehen ein wichtiger Bestandteil der Forschung im Bereich der Halbleiterkristallzüchtung.

 

Die LPS / SPL Forschungsarbeiten werden am IKZ in enger Zusammenarbeit mit der Firma LPCon durchgeführt:
https://www.lpcon.com/


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"März 2018 IKZ-News: Ein neuer Weg zur Züchtung von Perowskit-Kristallen"

Die Kristallzüchtung mittels Schmelzlösungsmittel gilt beim Perowskit-Prototyp CaTiO3 als die Methode der Wahl. Am IKZ konnte eine Mischung aus Calciumfluorid (CaF2) und Titan(IV)-oxid (TiO2) als vorteilhaftes Lösungsmittel für diese Kristalle identifiziert werden.

Calciumtitanat (CaTiO3) kommt in der Natur als Mineral vor. Eine Züchtung direkt aus der Schmelze ist allerdings nicht möglich, da die Phasenumwandlung bei 1625 K zu starker Zwillingsbildung und damit Schädigung der Kristalle führt. Durch den Zusatz von sogenannte Schmelzlösungsmittel kann dieses Problem umgangen werden. Hierbei handelt es sich um Substanzen mit relativ niedrigem Schmelzpunkt, welche die zu kristallisierende Substanz in flüssiger Phase lösen. Beim Abkühlen scheiden die Schmelzlösungsmittel die zu kristallisierende Substanz wieder aus.

Die Suche nach geeigneten Schmelzlösungsmitteln ist allerdings oftmals eine nahezu alchemistische Prozedur. Für
CaTiO3 wurden in der Literatur u.a. Kaliumfluorid und Blei(II)-fluorid beschrieben. Beide haben jedoch den Nachteil, dass nur sehr geringe Anteile CaTiO3 (etwa 1:12) in ihnen gelöst werden können. Darüber hinaus führen unerwünschte chemische Reaktionen zwischen Lösungsmittel und CaTiO3 zur Kontamination desselben.

Im Rahmen einer Masterarbeit wurde am IKZ eine Mischung aus den bleifreien Substanzen Calciumfluorid (CaF2) und
Titan(IV)-oxid (TiO2) als vorteilhafteres Lösungsmittel für CaTiO3 identifiziert. Aus einer Mischung dieser Substanzen im molaren Verhältnis 3:1:1 (grüner Punkt in Abbildung) kristallisiert CaTiO3 unterhalb der kritischen Phasenumwandlung in zwar derzeit noch kleinen (ca. 2,5 mm Kantenlängen) aber hochwertigen Kristallen. Die Ergebnisse wurden auf der Grundlage umfangreicher thermoanalytischer Messungen und eines darauf basierenden thermodynamischen Modells des ternären Phasendiagramms gewonnen. Der Anteil an gelöstem CaTiO3 konnte auf 1:4 verbessert werden und auch kommt es zu keinen nachweisbaren unerwünschten chemischen Reaktionen und somit zu Kontaminationen.

 

Wenngleich reines CaTiO3 nur geringe technische Relevanz besitzt, so sind doch die Kenntnis und das Verständnis seiner Eigenschaften von fundamentaler Bedeutung. Eine Reihe wichtiger Ferroelektrika (Bsp. Bariumtitanat, (Kalium, Natrium)-Niobat etc.) und andere Funktionsmaterialien wie Substrate für die Oxidelektronik (Bsp. Strontiumtitanat, Seltenerd-Scandate etc.) kristallisieren in der Perowskit oder verwandten Kristallstrukturen. Für Grundlagenuntersuchungen ist die Bereitstellung von CaTiO3 Einkristallen hoher Qualität als geeignete Modellsysteme zur Beantwortung fundamentaler Fragestellungen demnach essentiell.


Der Artikel ist publiziert im Journal of Crystal Growth.

https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.01.025


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"Februar 2018 IKZ-News: Thomas Schröder als neuer Direktor des Leibniz-Institutes für Kristallzüchtung berufen"

Zum 1. Februar 2018 übernimmt Prof. Dr. Thomas Schröder die Leitung des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin-Adlershof. Damit verbunden ist die Professur „Kristallwachstum“ an der Humboldt-Universität zu Berlin. Seit 2013 hat Prof. Dr. Günther Tränkle, Direktor des Ferdinand-Braun-Institutes für Höchstfrequenztechnik, die kommissarische Leitung des Institutes übernommen, unter dessen Führung sich das IKZ zu einem führenden Zentrum für Kristallzüchtung in Europa weiterentwickeln konnte.

Thomas Schröder hält seit 2012 eine Professur für Halbleitermaterialien an der Brandenburgischen Technischen Universität (BTU) Cottbus-Senftenberg und ist seit 2009 Leiter der Abteilung Materialforschung am Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) in Frankfurt (Oder). Hier betreibt er mit seinem Team eine moderne Materialforschung im Bereich der „More than Moore“ Silizium Mikroelektronik. Als studierter Chemiker und Physiker erlangte Thomas Schröder seine Promotion im Bereich der physikalischen Chemie von Dielektrika an der Humboldt-Universität sowie dem Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin.

Das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung erforscht die wissenschaftlichen und technologischen Fragestellungen des Kristallwachstums und der Kristallzüchtung. Dies reicht von der Grundlagenforschung bis hin zu industrienaher Technologieentwicklung. Die am Institut entwickelten Materialien bilden die Basis für moderne technische Anwendungen, die unter anderem in der Mikro-, Opto- und Leistungselektronik, der Photovoltaik, in Optik und Lasertechnik oder der Sensorik zum Einsatz kommen. Zusätzlich erfüllt das Institut eine überregionale Servicefunktion, zu der besonders die Bereitstellung spezieller Kristalle für die Forschung, die Charakterisierung von kristallinen Materialien oder die Entwicklung von Technologien für Forschung und Industrie zählen.


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"Januar 2018 IKZ-News: Grundlegende Limitierung im Schlüsselmaterial für LED aufgedeckt"

Internationale Forscher haben den Mechanismus aufgezeigt, der den Indium(In)-Einbau in Indium-Galliumnitrid ((In, Ga)N)-Dünnschichten begrenzt — dem Schlüsselmaterial für blaue Leuchtdioden (LED).

 

Die Erhöhung des In-Gehalts in InGaN-Dünnschichten ist der übliche Ansatz, die Emission von III-Nitrid-basierten LEDs in Richtung des grünen und roten Bereiches des optischen Spektrums zu verschieben, welcher für die modernen RGB-LEDs notwendig ist. Die neuen Erkenntnisse beantworten die langjährige Forschungsfrage: Warum scheitert dieser klassische Ansatz, wenn wir versuchen, effiziente grüne und rote LEDs auf InGaN-Basis zu gewinnen?

Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet der grünen LEDs und Laser gelang es den Forschern nicht, einen höheren Indium-Gehalt als 30% in den Dünnschichten zu erreichen. Der Grund dafür war bisher unklar: Ist es ein Problem, die richtigen Wachstumsbedingungen zu finden oder eher ein nicht zu überwindender fundamentaler Effekt? Nun hat ein internationales Team aus Deutschland, Polen und China neues Licht auf diese Frage geworfen und den Mechanismus aufgezeigt, der für diese Begrenzung verantwortlich ist.

 

In ihrer Arbeit versuchten die Wissenschaftler, den Indium-Gehalt zu maximieren, indem sie einzelne atomare Schichten von InN auf GaN züchteten. Unabhängig von den Wachstumsbedingungen haben die Indium-Konzentrationen jedoch nie 25% - 30% überschritten - ein deutliches Zeichen für einen grundlegend begrenzten Mechanismus. Die Forscher verwendeten hochentwickelte Charakterisierungsmethoden, wie das Transmissionselektronenmikroskop mit atomarer Auflösung (TEM) und die In-situ-Reflexions-Hochenergie-Elektronenbeugung (RHEED), und entdeckten, dass, sobald der Indium-Gehalt etwa 25% erreicht, die Atome innerhalb der (In, Ga)N-Monoschicht in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind - eine einzelne Indium-Atomreihe alterniert mit zwei Atomreihen von Gallium-Atomen. Umfassende theoretische Berechnungen ergaben, dass die atomare Anordnung durch eine bestimmte Oberflächenrekonstruktion induziert wird: Indium-Atome sind mit vier benachbarten Atomen verbunden, statt wie erwartet mit drei. Dadurch entstehen stärkere Bindungen zwischen Indium- und Stickstoffatomen, die es einerseits ermöglichen, während des Wachstums höhere Temperaturen zu nutzen und andererseits dem Material eine bessere strukturelle Qualität zu verleihen. Auf der anderen Seite begrenzt die geordnete atomare Anordnung den Indium-Gehalt auf 25%, welcher unter realistischen Wachstumsbedingungen nicht zu überwinden ist.

 

Die Arbeit ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (Berlin, Deutschland), dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung (Düsseldorf, Deutschland), dem Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (Berlin, Deutschland), dem Institut für Hochdruckphysik (Warschau, Polen) und dem State Key Laboratory of Artificial Microstructure and Mesoscopic Physics (Peking, China).

Zur vollständigen Pressemitteilung.

Der Artikel ist erschienen in:
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.2.011601


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