Klassische Halbleiter

Die Arbeiten der Abteilung Klassische Halbleiter umfassen die Züchtung von Volumenkristallen der elementaren Halbleiter Silizium, Germanium und deren Mischkristallen sowie der klassischen Verbindungshalbleiter aus der Schmelze. Als Methoden werden im wesentlichen Floating-Zone (FZ), Czochralski (Cz) und Vertical Gradient Freeze (VGF) eingesetzt. Alle VGF- und mehrere Cz-Kristallzüchtungsanlagen sind mit speziellen KRISTMAG© Heizer-Magnet-Modulen zur Erzeugung von Wandermagnetfeldern ausgerüstet. Die Stärke und Richtung der wirkenden Lorentzkräfte werden so erzeugt, dass über diese kontaktlose Beeinflussungsmöglichkeit, die Strömungen der Schmelze kontrolliert werden können. 

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In den Gruppen 'Multikristallines Silizium' und 'Galliumarsenid' werden der Einfluss von nicht-stationären Magnetfeldern auf die Züchtungsbedingungen und damit die Kristalleigenschaften erforscht. Nach der Methode der gerichteten Erstarrung werden Silizium-Blöcke verschiedener Größe gezüchtet. Die Prozessentwicklung zur Verringerung von rekombinationsaktiven Defektstrukturen in multikristallinem oder sogar quasi-einkristallinem Silizium für photovoltaische Anwendungen steht im Mittelpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten.

Die Forschungsaktivitäten zum Thema Galliumarsenid fokussieren sich insbesondere auf die Steigerung der Effizienz des VGF-Züchtungsprozesses. Zur Lösung dieser technologischen und wissenschaftlichen Herausforderung werden unterschiedliche Strategien verfolgt, z.B. die simultane Kristallisation in mehreren Tiegeln sowie die Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit.

In der Gruppe „Silizium und Germanium“ steht die Züchtung von Si-Kristallen sowie auch isotopenreinen Silizium-Kristallen mit der FZ Methode bis zu einem Durchmesser von 150 mm im Fokus. Ein zweiter Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt auf der Prozessentwicklung zur Züchtung von hochreinen Ge-Einkristallen. Es wird monokristallines Silizium für die Leistungselektronik, Germanium für Detektoren sowie Si1-xGex für Strahlungsdetektoren und Beugungsgitter gezüchtet. SiGe-Kristalle wurden als Gradientenkristalle und als Mosaikkristalle mit kontrollierter Mosaizität gezüchtet.

Die einzelnen Gruppen der Abteilung werden in ihren Prozessentwicklungen durch numerische Simulationen unterstützt. Hauptsächlich werden globale Temperaturfelder berechnet und der Einfluss magnetischer Felder auf die Wachstumsbedingungen untersucht. Die tatsächliche Form der Wachstumsfront kann dann z.B. am Kristallmaterial mittels ortsaufgelösten Photospannungsmessungen diagnostiziert werden.

Die Abteilung ist daran interessiert, mit nationalen und internationalen Partnern aus der Industrie und Forschungsinstituten an anspruchsvollen Projekten zusammenzuarbeiten.

Forschung klass Halbleiter Bild rechts

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Silizium, Germanium,  Si/Ge- und GaAS-Kristalle, die nach den Verfahren FZ, CZ und VGF gezüchtet wurden

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