November 2019: Entwicklung neuer Züchtungstechnologie für definierte lokale Kristallisation

ZchtungsmethodeZüchtungsprinzip der neu zu entwickelnden Technologie: Lokale thermische Zersetzung durch laserassistierte Chemische Gasphasenabscheidung (CVD).

In der Sektion „Niedrigdimensionale Strukturen“ wird in Zusammenarbeit mit Industriepartnern, darunter die BESTEC GmbH, die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und die Universität Duisburg-Essen eine neue Methode zur ortsgenauen Kristallisation auf Substraten entwickelt.


Der Gegenstand des Vorhabens ist die Realisierung von lokalisierter Strukturbildung auf amorphen Oberflächen ohne Anwendung von aufwändigen Masken- oder Lithografie­prozessen. Dazu soll fokussierte Laserstrahlung geeigneter Wellenlänge und Intensität eingesetzt werden. Durch einen Scanner bzw. durch ein Linsensystem ist ein musterförmiger Energieeintrag zu ermöglichen. Die resultierende thermische Inhomogenität soll die selektive Bildung flüssiger und letztlich kristalliner Strukturen auf der Oberfläche bewirken.

Derartige Inseln können als Präkursoren für das örtlich definierte Wachstum von Verbindungshalbleitern dienen. Das Wirtschaftsministerium fördert die Entwicklung mit 1,5 Mio Euro, wovon rund 700T € dem IKZ zugutekommen.

 

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IKZ Pressemitteilung November 2019: Halbleitermaterial Beta-Galliumoxid bietet beste Voraussetzungen für die Leistungselektronik der nächsten Generation

Galliumoxid ChipAbbildung: Galliumoxid-Chip mit lateralen Transistor- und Messstrukturen, hergestellt am FBH mittels Projektionsbelichtung. „ForMikro-GoNext“ zielt auf eine vertikale Bauelementarchitektur. | ©FBH/schurian.com

Das kürzlich gestartete Verbundprojekt „ForMikro-GoNext“ des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ), des Ferdinand-Braun-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), der Universität Bremen sowie der Industriepartner ABB Power Grids Switzerland Ltd. und AIXTRON beschäftigt sich mit Beta-Galliumoxid (β-Ga2O3). Dieses Halbleitermaterial untersuchen die Projektpartner in einer neuen vertikalen Bauelementarchitektur, um dessen herausragende Eigenschaften für Transistoren noch besser nutzen zu können. Das Verbundprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 2 Mio € über 4 Jahre gefördert.

 

Die moderne Gesellschaft stützt sich auf eine Vielzahl elektrischer und elektronischer Systeme, von der Kommunikation über die industrielle Fertigung bis hin zur E-Mobilität. Etwa 80% von ihnen benötigen die Umwandlung von Primärstrom in eine andere Form von Strom. Dafür muss elektrische Energie möglichst effizient umgewandelt werden. Neue Halbleitermaterialien mit großem Bandabstand wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) erreichen eine höhere Durchbruchfeldstärke als Silizium, wodurch Bauelemente weit kompakter aufgebaut werden können. Im Vergleich zu SiC und GaN besitzt β-Ga2O3 eine mehr als doppelt so hohe Durchbruchfeldstärke und somit das Potenzial, den Wirkungsgrad von damit bestückten Leistungskonvertern weiter zu steigern. Hohe Spannungen können mit einem deutlich geringeren Materialaufwand geschaltet werden – die Basis für kompaktere Systeme. Hinzu kommt, dass sich β-Ga2O3-basierte Transistoren bei vorgegebener Spannungsfestigkeit durch einen niedrigen Einschaltwiderstand und schnellere Schaltvorgänge auszeichnen, was insgesamt zu geringeren Leistungsverlusten führt. Aufgrund dieser Eigenschaften hat β-Ga2O3 die besten Voraussetzungen im Hochleistungssektor das Material der nächsten Generation zu werden.

 

Bisher wurden laterale Ga2O3-Bauelemente untersucht. Dabei wird die Spannung über die Bauteil-Oberfläche geschaltet, wodurch große Chipflächen für hohe Spannungen und umfangreiche Maßnahmen zur Isolation der Potentiale auf der Oberfläche notwendig sind. ForMikro-GoNext zielt darauf, die hohe Durchbruchfeldstärke des Materials β-Ga2O3 durch eine vertikale Bauelementstruktur noch effizienter zu nutzen. Durch die bessere Chipflächennutzung eröffnen sich zudem Möglichkeiten zur vergleichsweise einfachen Skalierung der Bauelemente hin zu größeren, technisch relevanten Schaltströmen. Zur Entwicklung dieser Transistoren ist eine angepasste Prozesskette vom Kristallwachstum über Epitaxie und Bauelementprozessierung bis hin zur Charakterisierung notwendig, die innerhalb des Projektes lückenlos abgedeckt wird.

 

Mit der Bündelung der Expertisen der Leibniz-Institute IKZ (Galliumoxid-Kristallzucht, Epitaxie und Materialcharakterisierung) und FBH (Bauteilentwurf, -fertigung und Test) sollen die Ergebnisse effizient von der Grundlagenforschung in die anwendungsorientierte industrienahe Forschung transferiert werden. Das Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universität Bremen sorgt mit seinen leistungselektronischen Charakterisierungsmöglichkeiten für die qualifizierte Einschätzung des Anwendungspotenzials der neuen Bauelemente. Zuverlässigkeitstests werden Aufschlüsse über die Stabilität der Ga2O3-Transistoren geben. Das Projekt wird von den Industriepartnern ABB Power Grids Switzerland Ltd. und AIXTRON beratend begleitet – AIXTRON im Bereich der Epitaxie, ABB bei Konzeption und Test der Bauelemente.

 

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Oktober 2019: Künstliche Intelligenz erreicht die Volumenkristall-Züchtung

Artificial inteligence in crystal growthSektion Fundamentale Beschreibung am IKZ - Beschleunigte
Prozessentwicklung mittels künstlicher Intelligenz (KI)

Die Kristallzüchtung ist für die Entwicklung neuer technologischer Funktionsmaterialien unabdingbar. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die Reduzierung von Kosten und Zeit bei der Herstellung der industriell wichtigen Materialien. Ein allgemeiner Ansatz, der auf Trial-and-Error-Experimenten sowie auf CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamic) basiert, ist jedoch zu langsam, um Antworten zu liefern. Die Erhöhung der Durchmesser von Siliziumwafern von 1 Zoll auf 12 Zoll nahm z.B. mit dieser Methode 40 Jahre in Anspruch.

Künstliche Intelligenz (KI) kann die Entwicklungszeit von Kristallwachstumsprozessen jedoch erheblich verkürzen. Um diesem Ziel näher zu kommen, hat die Sektion „Fundamentale Beschreibung“ des IKZ seine Forschungsthemen um die Untersuchung verschiedener Anwendungen von KI im Wachstum von Volumenkristallen erweitert.

Am IKZ wurden statische ANNs  (artificial neural networks) zur Mustererkennung und Optimierung der Parameter bei der magnetfeldgesteuerten Züchtung kristalliner Materialen verwendet [1,2]. Ein aktuelles Forschungsthema ist derzeit nunmehr die Anwendung dynamischer neuronaler Netze zur Echtzeitvorhersage beim transienten VGF-GaAs-Kristallzüchtungsprozess. So können z.B. Temperaturverteilungen im Schmelzofen sowie die Position der Kristallisationsfront während des Züchtungsvorganges vorhergesagt werden [3]. Derartige dynamische ANN-Modelle ermöglichen die Prozessautomatisierung und -steuerung als entscheidenden Schritt bei der Entwicklung von „smart factories” im Kontext von Industrie 4.0. Auch die Anwendung der KI-Technologien auf andere Bereiche innerhalb der Kristallzüchtung ist in Planung.

 


[1] N. Dropka, M. Holena, Optimization of magnetically driven directional solidification of silicon using artificial neural networks and Gaussian process models, Journal of Crystal Growth 471 (2017) 53-61.

[2] N. Dropka, M. Holena and Ch. Frank-Rotsch, TMF optimization in VGF crystal growth of GaAs by artificial neural networks and Gaussian process models, Proceedings of XVIII International UIE-Congress on Electrotechnologies for Material Processing, Eds. E. Baake, B. Nacke, Hannover, June 6 - 9, 2017, p.203-208.

[3] N. Dropka, M. Holena, S. Ecklebe, Ch. Frank-Rotsch, J. Winkler, Fast forecasting of VGF crystal growth process by dynamic neural networks, Journal of Crystal Growth 521(2019) 9-14.

 

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September 2019: Sektion Oxide und Fluoride - IKZ entwickelt erstmalig Ba2ScNbO6 als Substratkristall für neuartige funktionelle Schichten und Anwendungen

Ba2ScNbO6 massstabBa2ScNbO6 Einkristall mit multikristallinen Bereichen am Rand / Christo Guguschev © IKZ

Funktionale Dünnschichten sind aktuell von hohem Interesse für die Materialphysik. Beispiele sind La:BaSnO3, ein halbleitendes Oxid mit sehr hoher Elektronenbeweglichkeit, LaInO3 als ionisches Gateoxid, BiScO3 als wichtiger Bestandteil einer neuen Klasse von Hochtemperatur-Piezoelektrika und PbZrO3 als antiferroelektrisches Material, das für die Energiespeicherung relevant ist. Diese Materialien kristallisieren in der Perowskitstruktur und weisen (pseudo-)kubische Gitterparameter leicht oberhalb von 4,1 Å auf, für die jedoch kein geeigneter Substratkristall verfügbar war. Infolgedessen basieren aktuelle Studien auf Substraten mit geringer Gitteranpassung, die zu Schichten mit geringer struktureller Qualität und bei elektronischen Baugruppen zu unzureichenden Leistungen führen.

 

 

Diese Situation ändert sich gerade,  da das IKZ und die Cornell University eine neuartige Kristallzüchtungstechnik zum Patent anmelden. Dadurch ist es jetzt möglich, den Doppelperowskit Ba2ScNbO6 [1] als Volumenkristall zu züchten (siehe Abb.) Die Wachstumsbedingungen bei einer Temperatur von etwa 2150°C sind geeignet, um (100)-orientierte einkristalline Substrate mit einer Oberfläche von bis zu 10 x 10 mm2 zu gewinnen. Nach umfangreichem Materialscreening wurde die Materialentwicklung  durch thermochemische Studien unterstützt, um das Potential für die Züchtung aus der Schmelze eingehend zu bewerten. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht  und erste Lanthan-dotierte BaSnO3-Schichten, die auf den neuen gitterangepassten Ba2ScNbO6-Substraten an der Cornell University aufgewachsen wurden, zeigten bereits wesentliche Verbesserungen [2].


[1] C. Guguschev et al., https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1907/1907.02719.pdf
[2] H. Paik et al., “High mobility La-doped BaSnO3 thin film growth on lattice-matched Ba(Sc0.5,Nb0.5)O3 (001) substrate by molecular-beam epitaxy”, poster at the 19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19/OMVPE-19), July 28 – August 2, 2019, Keystone, Colorado, USA.

 

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IKZ Pressemitteilung September 2019:
Kristallwachstum unter der Lupe – Neue Modell-Generation für Wachstumsprozesse
IKZ-Forscher Kaspars Dadzis erhält ERC Starting Grant 

IMG 9577 sentKaspars Dadzis mit dem Demo-Aufbau für einen Kristallwachstumsprozess

 
 

Erstmals in der Geschichte des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ) wird der begehrte Zuschuss des Europäischen Forschungsrats (ERC) an einen IKZ-Forscher vergeben. Kaspars Dadzis erhält für sein Projekt "Next Generation Multiphysical Models for Crystal Growth Processes (NEMOCRYS)" über einen Zeitraum von 5 Jahren insgesamt 1,5 Millionen Euro. Als einer von insgesamt vier Wissenschaftlern in Deutschland behauptete sich Kaspars Dadzis im Panel "Products and Processes Engineering".

 

Kristallwachstumsprozesse sind hochkomplexe physikalische Phänomene. Häufig wird dabei die numerische Simulation zur Prozessoptimierung eingesetzt. Der Mangel an Möglichkeiten für direkte Messungen innerhalb von Kristallzüchtungsumgebungen schränkt jedoch die erreichbare Genauigkeit der zugrunde liegenden theoretischen Modelle ein. Folglich dominiert immer noch ein experimenteller Trial-and-Error-Ansatz die Praxis der Kristallwachstumsentwicklung. Dies könnte sich in Zukunft durch die Arbeit der Nachwuchsforschergruppe „Modellexperimente” unter der Leitung von Kaspars Dadzis ändern.

 

Das ausgezeichnete Projekt „Next Generation Multiphysical Models for Crystal Growth Processes (NEMOCRYS)“ widmet sich der Entwicklung einer neuen experimentellen Plattform (dem "MultiValidator"), welche eine einzigartige Kristallzüchtungsanlage für Modellmaterialien beinhaltet. Das zielgerichtete Design des Aufbaus, die reduzierten Betriebstemperaturen und die geringeren Anforderungen an die Vakuumabdichtung ermöglichen einen unkomplizierten experimentellen Zugang für verschiedene In-situ-Messtechniken. Die gleichzeitige Beobachtung von Wärmefeldern, Strömungen, Spannungsverteilungen und anderen physikalischen Phänomenen wird es erstmals ermöglichen, eine Reihe von grundlegenden Annahmen in multiphysikalischen makroskopischen Modellen für das Kristallwachstum zu validieren. Das NEMOCRYS-Projekt hat das Ziel, eine neue Ebene des physikalischen Verständnisses zu erreichen und das Paradigma zu ändern, wie wir Kristallwachstumsprozesse und ähnliche komplexe multiphysikalische Systeme beobachten, beschreiben und entwickeln. Die praktischen Ergebnisse in Form neuer physikalischer Modelle und optimierter Messtechniken werden zur Unterstützung verschiedener Entwicklungsprojekte am IKZ eingesetzt.

 

Insgesamt 408 Nachwuchsforscher wurden vom Europäischen Forschungsrat im Rahmen des diesjährigen ersten abgeschlossenen ERC-Wettbewerbs gefördert. Die sehr begehrte Förderung soll einzelnen Wissenschaftlern helfen, eigene Teams aufzubauen und wegweisende Forschung über alle Disziplinen hinweg zu betreiben. Die Zuschüsse in Höhe von insgesamt 621 Mio. EUR sind Teil des Forschungs- und Innovationsprogramms der EU, Horizont 2020.

 

Nach dem Abschluss seiner Promotion arbeitete Kaspars Dadzis in der industriellen Forschung bei SolarWorld in Freiberg mit dem Schwerpunkt Züchtung von Siliziumkristallen für Solarzellen. Im Jahr 2016 wechselte er an das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin-Adlershof. Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Modellversuche und der numerischen Simulation für das Kristallwachstum erhielt er 2017 den "LIMTECH Young Scientist Award".

 

 

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"August 2019: Arbeitsgruppe Aluminiumnitrid –
Eröffnung eines neuen Sublimationszüchtungslabors"

Anlagen 2 edited Induktiv geheizte Anlagen für die Sublimationszüchtung von Aluminiumnitrid-Einkristallen

Die IKZ-Arbeitsgruppe Aluminiumnitrid hat in 2019 ein neues Züchtungslabor mit drei baugleichen Anlagen zur Sublimationszüchtung von Aluminiumnitrid Einkristallen in Betrieb genommen. Die Anlagen wurden in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Konstruktion am IKZ konzipiert und gebaut.

Neben der Erhöhung der Versuchskapazität wird damit v. a. die Möglichkeit geschaffen, auch in industrieller Sichtweise, d. h. in einem sehr engen Parameterbereich, reproduzierbare Züchtungsbedingungen von Versuch zu Versuch bzw. Anlage zu Anlage zu gewährleisten. Im Fokus steht dabei insbesondere die verlässliche optische Messung von Temperaturen > 2000°C an Tiegelober- und Unterseite.

Ziel der Arbeiten im neuen Labor ist die Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung von defektarmen (EPD < 105 cm-2) AlN-Substraten mit einem Durchmesser von 10 mm bis zu 1" (25,4 mm) und definierten Eigenschaften (Dotierung, Orientierung, Geometrie, Oberflächenqualität).

Mit den somit verfügbaren Prototyp-Serien von Substraten mit reproduzierbaren Eigenschaften kann zusammen mit Partnern das Potential von AlN für verschiedene Anwendungen im Bereich der Halbleiterelektronik evaluiert werden. Dabei variieren die Substratanforderungen abhängig von den potentiellen Anwendungen.

So werden im aktuell laufenden BMBF-Projekt "UV-LEDs für ultrakurze Wellenlängen um 230 nm auf Basis von AlN-Substraten (AlN-230nm)" am IKZ gezüchtete und bei den Projektpartnern FCM und Crystec bearbeitete UV-transparente AlN-Substrate für die Herstellung von UVC-LEDs bei den Epitaxie- und Bauelemente-Entwicklern FBH und TUB verwendet. Mit Hilfe dieser UVC-LEDs können anschließend im Rahmen des Advanced UV for Life Konsortiums z. B. Module für die Desinfektion in der Medizintechnik entwickelt werden.

Für andere nicht-optische Anwendungen dagegen wird keine UV-Transparenz benötigt. Bei Hochtemperatursensoren steht beispielsweise der Einfluss der Dotierung auf die elektromechanischen Eigenschaften im Fokus, während für Akustische-Oberflächenwellen-Filter (SAW-Filter) die Probengeometrie bzw. Oberflächenqualität die wichtigsten Eigenschaften darstellen.

 

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"August 2019: Darrell Schlom und Reinhard Uecker mit dem Frank-Preis der IOCG ausgezeichnet"

Für ihre bahnbrechenden Beiträge zur Entwicklung neuer Perowskit-Substratkristalle, die das „Strain Engineering“ von funktionellen Oxidschichten ermöglichen, erhalten Prof. Dr. Darrell Schlom, Cornell University (USA) und Dr. Reinhard Uecker, Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ, Deutschland) den Frank-Preis der International Organization for Crystal Growth (IOCG).

 

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Der Preis wurde im Rahmen der ICCGE-19 in Keystone, Colorado, USA, vom 28. Juli bis 2. August 2019 gemeinsam an beide Wissenschaftler vergeben. Verliehen wird der IOCG-Frank-Preis für bedeutende grundlegende Beiträge auf dem Gebiet der Kristallzüchtung und deren weltweite Auswirkungen auf Wissenschaft und Technologie.




Abb: Preisträger Prof. Dr. Darrell Schlom, Cornell University, USA (links) und Dr. Reinhard Uecker, Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ), Deutschland (rechts)

 

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"Juli 2019: Maßgeschneiderte verspannte piezoelektrische Oxidschichten als Basis
für akustische Oberflächenwellen-Sensoren"

Ferro-/piezoelektrische Dünnschichten können potenziell für Speicher-, Sensor- oder Mikrowellenanwendungen eingesetzt werden. Eine technologisch hochinteressante, aber auch anspruchsvolle Anwendung ist der Einsatz von Oberflächenwellen-Sensoren (englisch surface acoustic waves – SAW) in Dünnschichtform. Sie bieten eine erhöhte Empfindlichkeit im Vergleich zu herkömmlichen SAW-Sensoren auf Volumenbasis. Kalium-Natrium-Niobat (KxNa1-xNbO3) stellt ein Materialsystem dar, das nicht nur hohe piezoelektrische und elektromechanische Eigenschaften aufweist, die für Dünnschicht-SAW unerlässlich sind. Sondern es ist auch ein bleifreies Material, was jedoch bisher als Schichtmaterial nur wenig untersucht ist, da es leicht flüchtige Komponenten (Natrium, Kalium) enthält.

19 07 Gitter Abb. 1: Vergleich der Gitterparameter der verwendeten Substrate (unterer Teil).
Die Längen der Einheitszellen der KxNa1-xNbO3 Schichten ergeben sich aus dem Verhältnis von NaNbO3 und KNbO3 in den Schichten. Diese Gitterparameter sind oberhalb der schwarzen Linie dargestellt.

19 07 Phasen Phasenübergangstemperatur als Funktion der Verspannung.

Seit mehreren Jahren ist die IKZ Gruppe „Ferroelektrische Oxidschichten“ die einzige Gruppe weltweit, die dieses Materialsystem epitaktisch durch die sogenannte metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) aufwachsen kann. Wir konnten – in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Roger Wördenweber am Forschungszentrum Jülich (FZJ) – erstmals erfolgreich die Ausbreitung von akustischen Oberflächenwellen in 30 nm dünnen Kalium-Natrium-Niobat-Schichten (K0.7Na0.3NbO3) auf Terbium- und Gadolinium-Scandat-Substraten nachweisen [1,2]. Erste Versuche, diese SAW-Strukturen als Sensoren für Biomoleküle zu nutzen, werden derzeit im FZJ durchgeführt.


Piezo- und ferroelektrische Materialien sind durch Phasenübergänge gekennzeichnet an denen sich mit der Temperatur die Symmetrie des Materials als auch seine funktionalen Eigenschaften ändern. Bei Kalium-Natrium-Niobat-Volumenkristallen ändert sich mit sinkender Temperatur die Symmetrie von einer paraelektrischen, kubischen zu einer Abfolge von ferroelektrischen Phasen mit tetragonaler, orthorhombischer und rhomboedrischer Symmetrie. Um solche Phasenübergange herum sind die elektromechanischen Eigenschaften oft deutlich erhöht. Eine Möglichkeit diese überhöhten Eigenschaften für Anwendungen auszunutzen ist die Temperatur des Phasenübergangs in den Arbeitsbereich des Baudelementes zu verschieben. Ein Ansatz dazu bietet das sogenannte Strain engineering, bei dem durch den Einbau von Gitterverspannungen die Phasenübergänge gezielt auf der Temperaturskala verschoben werden können.


Neben der Erzeugung von akustischen Oberflächenwellen in dünnen Kalium-Natrium-Niobat-Schichten ist es kürzlich gelungen den Phasenübergang von verspannten Kalium-Natrium-Niobat-Schichten in einem ausgedehnten Temperaturbereich zwischen -15°C und 400°C systematisch einzustellen [3]. Dazu wurden die Schichten epitaktisch auf verschiedenen Seltenerd-Scandaten abgeschieden. Diese Seltenerd-Scandate werden in der Gruppe „Oxide/Fluoride“ im IKZ gezüchtet und weisen – je nach Seltenerd-Metall – einen unterschiedlichen großen Gitterparameter auf. Dies ist zusammen mit den Gitterparametern von NaNbO3 und KNbO3 in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 2 zeigt den Zusammenhang der Temperatur des Phasenübergangs mit der eingebauten (mittleren) Gitterverspannung in den Schichten. Diese Untersuchungen wurden in enger Kooperation mit der Gruppe „Physikalische Charakterisierung“ am IKZ gemacht und fanden im Rahmen eines DFG Projektes und einer Doktorarbeit statt.

 

Referenzen:
[1]    L. von Helden, M. Schmidbauer, S. Liang, M. Hanke, R. Wördenweber, J. Schwarzkopf; Ferroelectric monoclinic phases in strained K0.70Na0.30NbO3 thin films promoting selective surface acoustic wave propagation; Nanotechnology 29, 415704 (2019), https://doi.org/10.1088/1361-6528/aad485
[2]    S. Liang, Y. Dai, L. von Helden, J. Schwarzkopf, R. Wördenweber; Surface acoustic waves in strain-engineered K0.7Na0.3NbO3 epitaxial films on (110) TbScO3, Appl. Phys. Lett 113, 052901 (2018), https://doi.org/10.1063/1.5035464
[3]    L. von Helden, L. Bogula, P.-E. Janolin, M. Hanke, T. Breuer, M. Schmidbauer, S. Ganschow, J. Schwarzkopf; Huge impact of compressive strain on phase transition temperatures in epitaxial ferroelectric KxNa1 xNbO3 thin films; Appl. Phys. Lett. 114, 232905 (2019), https://doi.org/10.1063/1.5094405

 

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"Juli 2019: Senat der Leibniz-Gemeinschaft beschließt positive Förderempfehlung für das IKZ
in Berlin"

IKZ

In seiner Förderempfehlung bescheinigt der Senat der Leibniz-Gemeinschaft dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin eine positive Entwicklung und empfiehlt der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz (GWK), das Institut auch weiterhin als Leibniz-Einrichtung zu fördern.

 

Der Leibniz-Senat schließt sich hierbei dem positiven Evaluierungsbericht der internationalen Gutachterkommission an, die das Haus im Dezember 2018 besuchte. Die Gutachter betonen, dass das Institut im vergangenen Evaluierungszeitraum seine international führende Position in den Bereichen Wissenschaft & Technologie sowie Service & Transfer für kristalline Materialien behauptet hat. Zum weiteren Ausbau dieser führenden Position unterstützt das internationale Gutachtergremium in seiner Bewertung ausdrücklich die geplante Strategie - Erweiterung des IKZ. Das Institut plant hierbei, mittels einer verstärkten Prototypenforschung und -entwicklung eine zentrale Innovationslücke im Bereich innovativer kristalliner Materialien für zukünftige Anwendungen in Elektronik und Photonik zu schließen.

 

Das IKZ freut sich auf die Bearbeitung dieser künftigen wissenschaftlich-technologischen Herausforderungen und dankt den Mitgliedern der Evaluierungskommission für ihre engagierte, umsichtige und hervorragende Arbeit im Rahmen der IKZ Leibniz-Evaluierung 2018.

 

Die vollständige Stellungnahme des Senats zur Evaluierung des IKZ steht Ihnen als Download zur Verfügung:

 

 

Zum Hintergrund der Evaluierung:

Jede Einrichtung in der Leibniz-Gemeinschaft wird in einem Turnus von in der Regel 7 Jahren extern evaluiert. Ein international besetztes Gutachtergremium beurteilt die Forschungsstrategie sowie die wissenschaftlichen Leistungen des Instituts zunächst anhand schriftlicher Unterlagen. Bei einem Evaluierungsbesuch vor Ort überzeugt sich im Anschluss das Gremium unter anderem im direkten Gespräch von der Qualität der geleisteten Arbeit und hält die Ergebnisse in einem Evaluierungsbericht fest. Auf dieser Grundlage wird durch den Senat der Leibniz-Gemeinschaft entschieden, ob dieser Bund und Ländern eine weitere Leibniz Förderung der Einrichtung empfiehlt.

 

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"Juni 2019: Rolle der Lochlokalisierung in den Rekombinationseigenschaften
von Indiumgalliumnitrid-Quantenstrukturen"

InGaN links rechts
STEM-Aufnahmen der untersuchten Übergitter mit dicker Barriere (links) und einer der Quantentöpfe vom Stapel (rechts) am Transmissionselektronenmikroskop im IKZ

Indiumgalliumnitrid (InGaN)-basierte Quantenstrukturen für die Allgemeinbeleuchtung sind heutzutage weit verbreitet und erreichen Wirkungsgrade von bis zu 90 %. Die physikalische Ursache für solch hohe Effizienzen ist jedoch, vor allem in Anbetracht der Anzahl struktureller Defekte, noch nicht vollständig verstanden. Eine in der wissenschaftlichen Gemeinschaft vorherrschende Meinung ist, dass der Lokalisierung von Löchern innerhalb der InGaN-Quantenstruktur eine zentrale Rolle zukommt. Einer der Gründe liegt darin, dass in einem konventionellen Quantensystem typischerweise sowohl Elektronen als auch Löcher lokalisiert sind. Des Weiteren wird der Lokalisationsgrad durch verschiedene Faktoren wie Legierungsschwankungen, Variationen der Ausdehnung der Quantenstruktur, sowie Polarisationsfelder beeinflusst, wodurch ein experimenteller Zugang zu den Rekombinationsprozessen erschwert wird.

Aus diesem Grund hat ein Forschungskonsortium bestehend aus dem Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ, Berlin), dem Paul-Drude-Institut (PDI, Berlin), dem Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik (MBI, Berlin) und dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE, Düsseldorf) Quantensysteme untersucht, bei denen die Rekombination fast ausschließlich von der Lokalisation von Löchern abhängt. Um diese weniger komplexe Situation zu erreichen, weisen die InGaN Quantenstrukturen, wie sie in den jüngsten Arbeiten von Anikeeva et al. untersucht wurden, eine Dicke von nur einer einzigen atomaren Schicht bei einem durchschnittlichen Indiumgehalt von 25% auf. Die in dieser Arbeit gezeigten Studien umfassen optische (MBI, IKZ), strukturellen Untersuchungen (IKZ) in Kombination mit theoretischen Berechnungen (MPIE).

Anikeeva et al. zeigen, dass trotz der weniger komplexen Ausgangssituation in Bezug auf die Ladungsträgerlokalisierung viele optische Eigenschaften denen konventioneller Quantenstrukturen stark ähneln. Bereits hier zeigt sich die zentrale Rolle der Lochlokalisierung bei den Rekombinationsprozessen in Quantenstrukturen. Durch das Stapeln mehrerer atomarer Monoschichten in einem Übergitter und die sorgfältige Abstimmung ihrer Periodizität konnte zudem der Grad der Lochlokalisierung reduziert werden. Als Ergebnis findet man einen starken Einfluss auf den Rekombinationsprozess, der sich vor allem in einer verminderten Rekombinationseffizienz und einer Veränderung des zeitlichen- und temperaturabhängigen Emissionsverhaltens ausdrückt. Zusammenfassend zeigen die Autoren anhand von experimentellen und theoretischen Arbeiten, dass die Lochlokalisation ein entscheidender Faktor für optische Phänomene in InGaN-Quantenstrukturen darstellt. Die Ergebnisse erlauben zudem tiefere Einblicke in die grundlegenden Rekombinationsmechanismen, und ermöglichen eine kritische Überprüfung der in der Literatur vertretenen Modelle.

 

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"Juni 2019: IKZ als familienfreundlicher Arbeitgeber:
Zertifikatsverleihung zum audit berufundfamilie"

Zertifikat

Am 25. Juni 2019 wurde dem IKZ das Zertifikat zum audit berufundfamilie für weitere 3 Jahren verliehen. Mit dem Zertifikat wird das IKZ für sein Engagement im Bereich der strategisch ausgerichteten familien- und lebensphasenbewussten Personalpolitik ausgezeichnet.

Voraussetzung für die Zertifizierung war das erfolgreiche Durchlaufen des von der berufundfamilie Service GmbH angebotenen Auditierungsverfahrens. Das IKZ hat sich selbstverpflichtend das Ziel gesetzt, familienfreundliche Arbeitsbedingungen zu schaffen. In einer Laufzeit von drei Jahren wird das Institut die in der Zielvereinbarung getroffenen familien- und lebensphasenbewussten Maßnahmen bewusst weiterverfolgen.

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.

Die gemeinsame Pressemitteilung der berufundfamilie Service GmbH und des Bundesministeriums für Familie, Senioren, Frauen und Jugend (BMFSFJ) zur Zertifikatsverleihung finden Sie hier.

 

 

Verleihung 2

 

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"Mai 2019: Ur-Kilogramm abgelöst -
Neues Internationales Einheitensystem (SI) am 20. Mai 2019 in Kraft getreten"

Neben Ampere, Kelvin, Mol und Co. wird ab sofort nun auch das Kilogramm über eine Naturkonstante definiert. Konkret bedeutet dies, dass das seit 130 Jahren als Maß aller Dinge geltende Ur-Kilogramm in Paris ausgedient hat. Ermöglicht wird das durch die am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) gezüchteten Einkristalle aus dem hoch angereicherten Isotop Silizium-28.

Si AnlageIm Kontext des KILOGRAMM-Projekts in einer Floating Zone Anlage gezüchteter Prototyp eines Silizium-28 Einkristalls  (Quelle: IKZ)

Bereits am 16. November 2018 wurde auf der 26. Generalkonferenz für Maße und Gewichte in Paris das neue Internationale Einheitensystem (SI) beschlossen. Nun trat das System am 20. Mai 2019, dem Weltmetrologietag, offiziell in Kraft. Von jetzt an bilden 7 Naturkonstanten das Fundament allen Messens.

 

Für das Kilogramm gilt ab sofort die Neudefinition über die Planck-Konstante, und somit wird diese Einheit nicht mehr über die Masse des Ur-Kilogramms bestimmt. Davon profitieren vor allem die Wissenschafts- und Hochtechnologie-Communities. Das IKZ hatte einen entscheidenden Anteil daran, dass das fast 130 Jahre alte künstliche Objekt des Ur-Kilogramms abgelöst wird, denn die am IKZ gezüchteten hochperfekten Kristalle aus nahezu isotopenreinem Silizium-28 (28Si, Anreicherung bis zu 99,9995 %) waren für dieses Vorhaben von entscheidender Bedeutung.

Bei diesen Kristallen haben nahezu alle Atome die gleiche Masse und sind in einem regelmäßigen dreidimensionalen Gitter angeordnet, was eine sehr genaue Zuordnung zwischen der Masse des Kristalls und der Zahl seiner Atome ermöglicht. Aus diesem Zusammenhang konnte der Wert der Avogadro-Konstante mit nie dagewesener Präzision abgeleitet werden und damit als fundamentale Naturkonstante unter anderem zur Definition des Kilogramms herangezogen werden, da mit Hilfe der Avogadro-Konstante die Plank-Konstante genauer bestimmt werden konnte. Im neuen SI wird der Wert der Avogadro-Konstante festgelegt und ein Mol enthält deswegen genau 6,02214076×1023 Einzelteilchen.

Aber das ist noch nicht alles. Insgesamt werden alle 7 Basiseinheiten nun über Naturkonstanten definiert. Bei der Sekunde (mit dem Hyperfeinstrukturübergang des Grundzustands im Cs-Atom), beim Meter (über die Lichtgeschwindigkeit) und bei der Candela (über das photometrische Strahlungsäquivalent einer speziellen Strahlung) ist dies bereits seit vielen Jahrzehnten der Fall. Nun ziehen auch die übrigen Einheiten nach, wobei hier die Elementarladung (für das Ampere), die Boltzmann-Konstante (für das Kelvin), die Avogadro-Konstante (für das Mol) und die Planck-Konstante (für das Kilogramm) die entscheidenden Rollen spielen.

Im Rahmen der von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (PTB) geführten „KILOGRAMM“-Projekte wurden aus den im IKZ nach dem Float-Zone-Verfahren (FZ) gezüchteten 28Si-Kristallen mehrere sehr präzise Kugeln mit weniger als 20 nm Formabweichungen bei rund 94 mm Durchmesser und mit einer defektfrei polierten Oberfläche präpariert. Unter diesen Voraussetzungen gelang es der PTB, die Zahl der 28Si-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    


Um die notwendige Reinheit der aus diesem Material gezüchteten Kristalle zu gewährleisten, sind diverse materialintensive Schmelzzonen-Reinigungsschritte 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 die 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. „Die im Rahmen dieses Metrologie-Projektes entwickelte Expertise des IKZ zu isotopenreinen Si Kristallen erlaubt uns, künftig eine zentrale Rolle als Materialforschungsinstitut bei der Entwicklung innovativer Quantentechnologien einzunehmen“, so Prof. Dr. Thomas Schröder, Wissenschaftlicher Direktor des IKZ.

   

Si kg

 

Mehr unter https://www.ptb.de/cms/forschung-entwicklung/forschung-zum-neuen-si/

 

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"März 2019: Einrichtung des Zentrums für Lasermaterialien (ZLM) erfolgreich abgeschlossen"

ZLM Er Lu2O3 crystal bearbeitetMit dem OFZ-Verfahren gezüchteter Erbium-dotierter Lutetiumoxid-Kristall (Er:Lu2O3) | Pho­to: Anastasia Uvarova © IKZ
ZLM Terbium laserWeltweit erster diodengepumpter Terbium-laser.
| Pho­to: Christian Ehlers © IKZ

Seit August 2016 wurden am IKZ unter der Leitung von Dr. Christian Kränkel die Labore und Anlagen des Zentrums für Lasermaterialien - Kristalle (ZLM-K) aufgebaut. Im Fokus standen dabei zunächst die Forschungsziele des BMBF-geförderten Projekts "EQuiLa - Erforschung und Qualifizierung innovativer Lasermaterialien und -kristalle".


Ob in der Materialbearbeitung, der Medizin oder in der Messtechnik - Laser finden in unzähligen Bereichen des täglichen Lebens Anwendung. Dennoch gibt es auch knapp 60 Jahre nach der Erfindung des Lasers noch nicht für jeden Bereich den optimalen Laser. In vielen Fällen liegt dies daran, dass kein geeignetes Lasermaterial zur Verfügung steht, in dem die Laserstrahlung erzeugt werden kann. Hier Abhilfe zu schaffen ist zukünftig Ziel der Forschungsarbeiten am neuen Zentrum für Lasermaterialien am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin-Adlershof.

Für das gemeinsam mit dem Ferdinand-Braun-Institut (FBH) eingeworbene Projekt wurden am IKZ modernste Anlagen zur Züchtung hochschmelzender Kristalle nach dem optischen Zonenschmelzverfahren (OFZ) aufgebaut. Die erfolgreiche Züchtung von Erbium-dotiertem Lutetiumoxid (Er:Lu2O3) ist ein erster Beleg für die Eignung dieses Ansatzes. Die Züchterin Anastasia Uvarova, Doktorandin am ZLM-K, freut sich: "Dieser sonst nur schwer herstellbare Kristall ist wichtig für Laser im mittleren infraroten Spektralbereich, die zum Beispiel für Laserskalpelle benötigt werden."

Terbium-dotierte Fluoride als aktive Medien eignen sich aufgrund ihrer Emission im sichtbaren Spektralbereich für die direkte und effiziente Erzeugung grüner und gelber Laserstrahlung. Im Projekt wurde nun ein diodengepumpter, Terbium-dotierter Festkörperlaser basierend auf Terbium-dotiertem Lithium-Lutetium-Fluorid (Tb3+:LiLuF4) aufgebaut. "Die erstmalige Anwendung einer solch einfachen Anregungsquelle ist ein wichtiger Schritt für die Nutzung dieser Laser in kommerziellen Anwendungen", erläutert die Laser-Spezialistin Elena Castellano, ebenfalls Doktorandin am ZLM-K.

Dr. Christian Kränkel, Leiter des neuen Zentrums für Lasermaterialien,  erläutert das Konzept: "Die Arbeiten am IKZ und FBH umfassen die gesamte Wertschöpfungskette diodengepumpter Festkörperlaser von der Züchtung der Laserkristalle und deren Präparation über das Wachstum von Halbleiterschichten für Laserdioden und deren Konfektionierung bis zum Aufbau von Laserdemonstratoren."

Zum Beleg dieses Konzepts wurde als Abschluss des Projekts „EQuiLa“ ein diodengepumpter Chrom-Laser-Demonstrator aufgebaut: Das Lasermedium, ein Chrom-dotierter Lithium-Kalzium-Aluminium-Fluorid-Kristall (Cr3+:LiCaAlF6), wurde am IKZ gezüchtet und poliert, während die Pumpquelle, ein auf Indium-Gallium-Phosphid basierender rote Diodenlaser, am FBH hergestellt wurde.

Mit diesen Ergebnissen sind nun am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung die Weichen gestellt für weitere erfolgreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich neuartiger Festkörperlaser basierend auf am IKZ gezüchteten Laserkristallen.

 

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"März 2019: Konstruktives multinationales Quantum Tech Meeting am IKZ"

GAs 01Molekularstrahlepitaxie (MBE):
Anlage zur Abscheidung von Silizium und Silizium/Germanium-Nanostrukturen
| Pho­to: IKZ

Die Erforschung innovativer Lösungsansätze durch Nutzung von Quantentechnologien gewinnt einen immer entscheidenderen Beitrag auf Gebieten wie Digitalisierung, Kommunikation, Sensorik oder Kryptografie.

Dabei hängt die erfolgreiche Realisierung der Quantentechnologien in erheblichem Maße von kristallinen Materialien höchster Präzision ab.

 

Genau hier liegt die Expertise des Leibniz-Instituts für Kristallzüchtung (IKZ). Insbesondere die Verwendung von isotopenreinem Silizium und Germanium (Si/Ge) gilt als ein wichtiger Ansatz für Quantenbauelemente.

Das IKZ profitiert im Bereich der Herstellung von reinen und isotopenangereicherten Si/Ge-Kristallen erheblich von seiner weltweit führenden Erfahrung, z.B. bei Projekten zur Definition des neuen kg-Kalibrierstandards.

 

Am 22. März 2019 organisierte das IKZ einen Si/Ge Quantum Materials Workshop, um die gesamte Wertschöpfungskette von der isotopenangereicherten Si/Ge-Materialreinigung und Einkristallzüchtung, der Heteroepitaxie durch CVD und MBE bis hin zur Herstellung von Qubit-Strukturen, einschließlich der Material und Device-Charakterisierung, zu erörtern.

 

Zu diesem Zweck begrüßte das IKZ eine Gruppe von weltweit führenden Forschern: Aus Russland (Prof. Petr G. Sennikov, Institute of Chemistry of High-Purity Substances of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod; Prof. Andrey D. Bulanov, Institute of Chemistry of High-Purity Substances of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod; Prof. Alexander A. Ezhevskii, Department of Physics of Semiconductors and Optoelectronics, Nizhny Novgorod Lobachevsky University), aus Australien (Prof. Sven Rogge, Department of Condensed Matter Physics, University of New South Wales, Sydney), aus Kanada (Prof. Oussama Moutanabbir, Department of Engineering Physics, Polytechnique Montréal), aus Italien (Prof. Giovanni Capellini, Department of Science, Roma Tre University) und aus Deutschland (Dr. Lars Schreiber, Institut für Quanteninformation, RWTH, Aachen; Dr. Wolfgang Klesse , Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP), Frankfurt/Oder)

 

Das IKZ wird auch weiterhin sein internationales Gastwissenschaftsprogramm nutzen, um die Verbindungen zu diesen führenden Forschungsgruppen durch gegenseitige Forschungsaufenthalte, sowie durch die Initiierung gemeinsamer, drittmittelgestützter Forschungsprojekte zu stärken.

 

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"März 2019: DGKK-Nachwuchspreis 2019 an Dr. Dirk Johannes Kok vergeben"

 

dgkk logo


Für seine Forschungen, im Rahmen seiner Dissertation am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, über den Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die optischen Eigenschaften von Strontiumtitanat (SrTiO3) wird Herr Dr. Dirk Johannes Kok mit dem Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für Kristallzüchtung und Kristallwachstum (DGKK) ausgezeichnet.

Strontiumtitanat-Kristalle sind unter anderem ein wichtiges Basismaterial für supraleitende Schichten (z.B. extrem sensitive Magnetfeldsensoren) sowie für neuartige elektronische Anwendungen, die die interessanten Eigenschaften oxidischer Schichtstrukturen ausnutzen, z.B. schaltbare Widerstände (Memristoren), Grenzflächenleitung und nichtflüchtige Speicher durch kontrollierte Bildung ferroelektrischer Domänen. Am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) wurde eine Züchtungsmethode entwickelt, um Strontiumtitanat-Einkristalle aus der Schmelze mit sehr hoher struktureller Qualität herzustellen. Dirk Kok hat dieses Vorhaben mit seiner Promotionsarbeit, in der er den Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die optischen Eigenschaften untersucht hat, wesentlich unterstützt. Die von ihm gefundenen und publizierten Ergebnisse und Modelle zeigen anwendungsrelevante Zusammenhänge zwischen der Wachstumsatmosphäre, der Stöchiometrieabweichung im Kristall und der damit verbundenen Änderung des Gitterparameters. Seine Beobachtungen zum Verlauf der temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit und Bandlücke sind auf viele andere komplexe Oxidmaterialien anwendbar.


Bereits während seines Chemie-Studiums an der Radboud Universität in Nijmegen, Niederlande kam Herr Kok mit Kristallisationsthemen in Berührung. Die Dissertation wurde von 2013 bis 2017 am Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in der Gruppe Oxide und Fluoride unter direkter Betreuung durch Dr. Christo Guguschev sowie PD Dr. Detlef Klimm, Dr. Klaus Irmscher und Prof. Dr. Matthias Bickermann angefertigt. Nach erfolgreicher Verteidigung an der Humboldt-Universität zu Berlin hat Herr Kok am Helmholtz-Zentrum Berlin zur Synthese von Wolframbronzen, in der Abteilung von Priv.-Doz. Dr. Klaus Habicht, geforscht. Ab Mai 2019 wird er für eine PostDoc-Stelle an die Radboud Universität Nijmegen zurückkehren (Gruppe von Prof. Elias Vlieg).


Mit dem DGKK-Nachwuchspreis würdigt die Gesellschaft herausragende wissenschaftliche Leistungen von Nachwuchswissenschaftlern auf dem Gebiet der Kristallzüchtung und des Kristallwachstums. Der Preis ist mit 2.500 € dotiert, die feierliche Übergabe findet am 20. März 2019 auf der DGKK-Kristallzüchtertagung in Posen (Polen) statt. Dirk Kok teilt sich den Preis für 2019 mit Dr. Pascal Puphal vom PSI Villingen (Schweiz).

 

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"Februar 2019: G-ray Nanotech und das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ)
entwickeln gemeinsam Galliumarsenid-Wafer in Detektorqualität"

GAs 01Galliumarsenid-Einkristall 4", gezüchtet
mit der VGF-Methode | Photo: IKZ

Neue Plattform für leistungsstarke Röntgendetektoren:

G-ray Nanotech und das IKZ sind eine Forschungs- und Entwicklungskooperation eingegangen, die die Dotierung von Galliumarsenidstrukturen und die Herstellung von hochreinen Kristallen in Waferform für Detektoranwendungen umfasst.

„Wir freuen uns, mit einem weltweit führenden Institut im Bereich der Materialwissenschaften zusammenzuarbeiten“, sagt Philippe Le Corre, CEO von G-ray Nanotech. „Die Kompetenzen des IKZ werden es uns ermöglichen, den Ausbau unserer latenium™ Detektorarchitektur für Röntgenanwendungen mittlerer bis hoher Energie sowie im Infrarotspektrum deutlich zu beschleunigen.“

G-ray Industries SA, ein Neuchâteler Start-up-Unternehmen, entwickelt derzeit Detektoren ultra-hoher Leistungsfähigkeit für industrielle zerstörungsfreie Prüflösungen. Diese außerordentlich leistungsfähigen Detektoren werden in Zusammenarbeit mit dem CSEM entwickelt und basieren auf der revolutionären, patentierten latenium™-Technologie von G-ray.

Die latenium™ Evaluation Kits sind ab dem ersten Quartal 2019 für Evaluierungszwecke verfügbar. Darüber hinaus werden die G-Ray-Technologien - insbesondere die kovalente Bindung eines Siliziumwafers an einen GaAs, Ge oder Si-Wafer bei niedrigen Temperaturen und das sehr schnelle epitaktische Wachstum von Germaniumstrukturen - in den Bereichen der Hochenergiephysik-Forschung für neue Partikeldetektoren und in Visionssystemen für die Automobilindustrie positioniert.

„Wir freuen uns, eine langfristige Zusammenarbeit mit G-ray Industries zu beginnen“, sagt Prof. Thomas Schröder, wissenschaftlicher Direktor des IKZ. „Wir sind bestrebt, hochleistungsfähige kristalline Materialien für den Markt zu entwickeln, und die hochmoderne Entwicklung von Röntgenbilddetektoren bei G-Ray ist eine gute Gelegenheit für uns. Wir betrachten die 3D-Heterointegration über “bonding”-Ansätze als eine erfolgreiche Strategie für uns, um neue Technologien durch qualitativ hochwertige, präzise zugeschnittene kristalline Materialien zu entwickeln.“

"Mit unserer Expertise in der Materialwissenschaft und -technologie haben wir das G-ray-Team von Anfang an unterstützt. Dies ist eine hervorragende Gelegenheit, eine bahnbrechende Röntgendetektortechnologie auf den Markt zu bringen", sagt Gian-Luca Bona, CEO Empa, der Eidgenössischen Materialprüfungsanstalt.

Weitere Informationen:
FVB-Berlin
G-ray Nanotech SA

 

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"Dezember 2018: SiGeQuant: Kooperatives Bestreben zur Weiterentwicklung der
Siliziumquantentechnologie"

Vom Senatsausschuss der Leibniz-Gemeinschaft kamen Ende November gute Neuigkeiten: Das Projekt SiGeQuant, unter der Leitung der IKZ-Abteilung "Schichten & Nanostrukturen", wurde im Rahmen des Leibniz-Wettbewerbs ausgewählt und wird in den nächsten drei Jahren mit 998 T€ gefördert. In diesem Projekt bündeln zwei Leibniz- und zwei RWTH-Hochschulinstitute ihre Kompetenzen, um hochreine isotopenangereicherte Si- und Si/Ge-Strukturen zu untersuchen und Bauelemente für die Quantenelektronik herzustellen.

In den letzten Jahren hat sich das Quantencomputing von der Grundlagenforschung zur realen Zukunftstechnologie entwickelt und wird Bereiche wie Kryptographie, Wettervorhersage, Modellierung neuer Materialien oder Logistik revolutionieren. Die Skalierung von Quantenbauelementen, die für die praktische Durchführung groß angelegter paralleler Berechnungen unerlässlich ist, stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar. Eine dünne Schicht aus isotopenangereichertem 28Si, die zwischen zwei SiGe-Schichtstapeln eingebettet ist, bietet einen vielversprechenden Ansatz für das Design skalierbarer Spin-Qubits, da er die Kohärenzeigenschaften von Qubits verbessert und mit der CMOS-Technologie kompatibel ist. In diesem Ansatz spielen die Materialeigenschaften der Qubit-Umgebung eine wesentliche Rolle: Kristalldefekte, Verunreinigungen, das Vorhandensein von 29Si-Isotopen und Grenzflächendefekte gefährden die Qubit-Funktion. Ein Projekt, das sich auf diesen grundlegenden Teil der Quantenbauelementeherstellung konzentriert, fehlte jedoch bisher.

 

Im Rahmen der externen Zusammenarbeit wird das IKZ seine interne Expertise für das Wachstum von hochreinem 28Si, für die Entwicklung eines epitaktischen Wachstumsprozesses von hochreinen, elastisch verspannten, versetzungsfreien SiGe/28Si/SiGe-Stapeln mittels Molekularstrahl-Epitaxietechnik (MBE) und für die Untersuchung der elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften der gewachsenen Schichten einbringen. Das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP) wird komplementäre Wachstums- und Charakterisierungstechniken entwickeln, während das Institut für Halbleitertechnik (IHT) und das Institut für Quanteninformation (IQI) der RWTH Aachen Quantenpunktbauelemente im Wafer-Maßstab auf Basis dieser Strukturen herstellen und charakterisieren werden.

 

"[....] Die Silizium-Quantenelektronik ist gegenwärtig einer der interessantesten wissenschaftlichen Wettbewerbe aber derzeit existiert kein anderes Projekt mit dem Umfang und der Tiefe, in dem spezifische (und anspruchsvolle) Aspekte der Materialherstellung und –charakterisierung untersucht werden. Die Umsetzung eines solchen Projekts ohne die bei IHP, IHT, IKZ und IQI bereits vorhandene Expertise und Infrastruktur wäre finanziell nicht zu rechtfertigen oder gar unmöglich. " – stellt einer der Gutachter fest.

 

Das SiGeQuant adressiert sowohl grundlegende wissenschaftliche als auch anwendungsrelevante Fragen, die die beteiligten deutschen Institute ermutigen sollen, neue Brücken zur internationalen Quanteninformationsgemeinschaft zu bauen.

 Schema

 

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