Arbeitsgruppe Galliumarsenid - Überblick

Galliumarsenid (GaAs) ist neben Silizium das am häufigsten genutzte Halbleitersubstratmaterial. Es wird z.B. in der WLAN-Kommunikation sowie in der Mikrowellen- und Hochfrequenztechnologie eingesetzt. Aufgrund der steigenden Marktnachfrage für Smartphones ist der GaAs-Bauelementmarkt weiterhin im Wachstum begriffen.

Die Forschungsaktivitäten der Gruppe Galliumarsenid fokussieren sich insbesondere auf die Steigerung der Effizienz des VGF-GaAs-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. Zur Steigerung der Prozesseffizienz ist eine definierte Kontrolle der Strömung in der Schmelze von entscheidender Bedeutung. Der Einsatz von externen Feldern ist dabei eine Möglichkeit, gezielt die Strömung zu beeinflussen, wie dies bereits erfolgreich am IKZ nachgewiesen wurde.

Gegenwärtig sind zwei VGF-Anlagen mit KRISTMAG® Heizer-Magnet-Modulen (HMM) zur simultanen Erzeugung von Wärme und Wandermagnetfeld (TMF) ausgerüstet. Die Konstruktion und die Prozessentwicklung werden kontinuierlich durch numerische Simulationen unterstützt. Es ist anzumerken, dass das erlangte Know-how auch Potential für die Anwendung für weitere Materialien, insbesondere III-V-Verbindungen liefert.

Schlüsselpublikationen

C. Frank-Rotsch, N. Dropka; A. Glacki, U. Juda
VGF Growth of GaAs Utilizing Heater-Magnet Module.
J CRYST GROWTH 401 (2014) 702 - 707
doi:10.1016/j.jcrysgro.2013.12.063

A. Glacki, N. Dropka, C. Frank-Rotsch, U. Juda, M. Naumann
Characterization of 4 inch VGF-GaAs Single Crystals Grown in a Heater-Magnet Module.
J CRYST GROWTH 397 (2014) 6 - 12
doi:10.1016/j.jcrysgro.2014.03.050

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch
Enhanced VGF-GaAs Growth Using Pulsed Unidirectional TMF
J CRYST GROWTH 386 (2014) 146 - 153
doi:10.1016/j.jcrysgro.2013.09.027

Arbeitsgruppe Galliumarsenid - Methoden

  • Vertical Gradient Freeze (VGF)- Züchtung von GaAs-Einkristallen unter Nutzung eines KristMAG®-Heizer-Magnet-Moduls (HMM)
  • Prozessentwicklung für die VGF-Züchtungstechnologie insbesondere unter Einsatz von nichtstationären Magnetfeldern
  • Modellierung von Temperatur-, Lorentzkraft- und Strömungsfeldern zum Einsatz von Magnetfeldern in der Kristallzüchtung
  • Untersuchungen zum Einsatz von Ultraschall / Vibration bei der Kristallzüchtung
  • Untersuchungen zum Dotierungs- und Verunreinigungseinbau in Kristallen unter Einfluss externer Felder - Durchführung von Studien zu Materialeigenschaften von GaAs

Arbeitsgruppe Galliumarsenid - Publikationen

Publikationen

N. Dropka, M. Czupalle, T. Ervik, F.M. Kiessling        
Scale up Aspects of Directional Solidification and Czochralski Silicon Growth Processes in Traveling Magnetic Fields.
J CRYST GROWTH 451 (2016) 95 - 102            
doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.020

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch, P. Rudolph    
Influence of Peripheral Vibrations and Traveling Magnetic Fields on VGF Growth of Sb - Doped Ge Crystals.
J CRYST GROWTH 453 (2016) 27 - 33
doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.07.040

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch
Enhanced VGF Growth of Single- and Multi-Crystalline Semiconductors Using Pulsed TMF.
MHD  51 (2015) 149 - 156
ISSN: 0024-998X

H.Ch. Alt, H.E. Wagner, A. Glacki, Ch. Frank-Rotsch, V. Häublein
Isotopic Study of Mid-Infrared Vibrational Modes in GaAs Related to Carbon and Nitrogen Impurities.
PHYS Status Solidi B 252 (2015) 1827 - 1831
doi:10.1002/pssb.201552028

A. Glacki, N. Dropka, C. Frank-Rotsch, U. Juda, M. Naumann
Characterization of 4 Inch VGF-GaAs Single Crystals Grown in a Heater-Magnet Module.
J CRYST GROWTH 397 (2014) 6 - 12
doi:10.1016/j.jcrysgro.2014.03.050

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch
Enhanced VGF-GaAs Growth Using Pulsed Unidirectional TMF.
J CRYST GROWTH 386 (2014) 146 - 153
doi:10.1016/j.jcrysgro.2013.09.027

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch
Accelerated VGF-Crystal Growth of GaAs under Travelling Magnetic Fields.
J CRYST GROWTH 367 (2013) 1 - 7 
doi:10.1016/j.jcrysgro.2013.01.017

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch, W. Miller, P. Rudolph
Influence of Travelling Magnetic Fields on S-L Interface Shapes of Materials with Different Electrical Conductivities.
J CRYST GROWTH 338 (2012) 208 - 213
doi:10.1016/j.jcrysgro.2011.10.007

Ch. Frank-Rotsch, U. Juda, B. Ubbenjans, P. Rudolph
VGF Growth of 4 inch VGF-Ga-doped Germanium Crystals Under Magnetic and Ultrasonic Fields.
J CRYST GROWTH 352 (2012) 16 - 20
doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.02.015

Patente

F.M. Kiessling, P. Rudolph, N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch
Verfahren zur gerichteten Kristallisation von Ingots.
Deutsches Patent- und Markenamt 2016-01-14
DE102011076860 B4

P. Lange, D. Jockel, M. Ziem, P. Rudolph, Ch. Frank-Rotsch, F.M. Kiessling, M. Czupalla, B. Nacke, H. Kasjanow
Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen.
Deutsches Patent- und Markenamt 2009-10-08, 2008-12-14,  Europäisches Patentamt 2010-03-10,2012-03-28, Weltpatentamt 2008-12-24, 2009-02-26 KristMAG®
DE 10 2007 028 547 B4DE 102007028547 A1, EP 2162570 A2, EP 2162570 B1WO 2008155138 A2, WO 2008155138 A3 

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch, P. Rudolph, R.-P. Lange, U. Rehse
Kristallisationsanlage und Kristallisationsverfahren zur Herstellung eines Blocks aus einem Material, dessen Schmelze elektrisch leitend ist.
Deutsches Patent- und Markenamt 2012-03-22,2013-10-24, Weltpatentamt 2012-03-29
DE 102010041061 A1, DE 102010041061 B4WO 2012038432 A1

Ch. Frank-Rotsch, P. Rudolph, P. Lange, O. Klein, B. Nacke
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen.
Deutsches Patent- und Markenamt 2009-08-16 KristMAG®
DE 10 2007 028 548 B4

N. Dropka, Ch. Frank-Rotsch, M. Ziem, P. Lange
Verfahren und Vorrichtung zur gerichteten Kristallisation von Kristallen aus elektrisch leitenden Schmelzen. 
Deutsches Patent- und Markenamt  2013-06-13 KristMAG®
DE 10 2012 204 313 B3 

N. Dropka, U. Rehse, P. Rudolph
Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Kristallblöcken hoher Reinheit und dazugehörige Kristallisationsanlage.
Deutsches Patent- und Markenamt 2012-11-29
DE 102010028173 B4

R. Ziem, R.-P. Lange
Vorrichtung zur Herstellung von Kristallen aus elektrisch leitfähigen Schmelzen.
Deutsches Patent- und Markenamt 2009-09-03 KristMAG®
DE 102007020239 B4

F. Büllesfeld, N. Dropka, W. Miller, U. rehse. P. Rudolph, U. Sahr
Verfahren zum Erstarren einer Nichtmetallschmelze.
Deutsches Patent- und Markenamt 2010-06-10, 2011-11-17, Europäisches Patentamt 2011-10-05, 2012-12-26, United States Patent and Trademark Office 2011-12-22, Weltpatentamt 2010-06-03, 2010-07-29
DE 102008059521 A1DE 102008059521 B4EP 2370617 A2, EP 2370617 B1 US 20110309555 A1, WO 2010060802 A2,
WO 2010060802 A3 

Kristmag-Team, Markeninhaber FVB eV
Europäische Gemeinschaftsmarke Kristmag - Eintragung. KristMAG®
OHM - Office for Harmonization in the Intrnal Market
006368641

Kristmag-Team, Markeninhaber: FVB eV
Europäische Gemeinschaftsmarke KRISTMAG - Eintragung
OHIM - Office for Harmonization in the Internal Market006368641

Forschung klass Halbleiter GaAs Bild rechts

Galliumarsenid-Einkristall 4´´
gezüchtet nach dem VGF Verfahren

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