Kristallzüchtung im Wandermagnetfeld

Kristmag logo neu


 - eine innovative Methode zur Züchtung von Halbleiterkristallen

Download Flyer

KRISTMAG - Kristallzüchtung im Wandermagnetfeld ist eine mit dem Innovationspreis Berlin-Brandenburg ausgezeichnete Technologie zur Züchtung hochwertiger Halbleiterkristalle aus der Schmelze.

A2 VGF konventionellDurch den Einsatz wandernder Magnetfelder kann die Züchtungsgeschwindigkeit erhöht und die Qualität der Kristalle verbessert werden. Herkömmlich werden diese Magnetfelder durch Generatoren erzeugt, die außerhalb der Anlagen positioniert sind.

Abb. links:
Modell einer VGF-Züchtungsanlage mit externen Magneten
(Graphitheizer im Inneren und Magnetfeldgeneratoren außen)

A2 VGF HMM


Neu ist die Integration der Magnetfeldgeneratoren in die Heizer im Inneren der Anlage, die es ermöglicht, mit weit geringeren Feldstärken bis in den Kern der Schmelze zu dringen. Aufgrund von Energie-, Platz- und Kosteneinsparung bietet die KRISTMAG-Technologie somit eine effiziente Alternative zum konventionellen Züchtungsaufbau.

KRISTMAG kann in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden und ist prinzipiell für alle Materialien mit elektrisch leitender Schmelze einsetzbar.

 

Abb. rechts:
Modell einer VGF-Züchtungsanlage mit KRISTMAG-Technologie
(Heizer-Magnet-Modul innen)

 

Hintergrund

Hochreine Halbleiterkristalle wie Silizium, Germanium oder Galliumarsenid bilden die Basis von elektronischen Schaltkreisen und Mikroprozessoren, Leuchtdioden, Lasern und Mobiltelefonen. Ohne diese Kristalle würde unsere moderne Technik schlicht nicht funktionieren. Daher stellt die Kristallzüchtung von Halbleitermaterialien in großem Maßstab und hoher Qualität eine wichtige Herausforderung dar.

Kommerziell werden diese Kristalle meist aus der Schmelze gezogen. Dazu muss das Halbleitermaterial in einem Tiegel mit Hilfe von Graphit-Heizern aufgeschmolzen werden, wobei in der Schmelze Strömungen entstehen, sogenannte thermische Konvektionen. Diese Schmelzströmungen verursachen Unregelmäßigkeiten und Ungleichverteilung der Ausgangsmaterialien im fertigen Kristall.

Durch gezielte Beeinflussung des thermischen Feldes und der Strömung können Spannung und Inhomogenität im Kristall reduziert und somit eine deutliche Qualitätssteigerung erreicht werden.

Die Forscherinnen und Forscher des IKZ hatten die Idee, die Geometrie der verwendeten Graphitheizer so zu verändern, dass diese gleichzeitig ein Magnetfeld erzeugen können. Versorgt man dieses Heizer-Magnet-Modul mit einer Kombination aus Gleich- und Wechselstrom, kann man gezielt ein Wandermagnetfeld generieren.

Da wandernde Magnetfelder in elektrisch leitenden Schmelzen sogenannte Lorentzkräfte erzeugen,kann die KRISTMAG-Technologie für alle Materialien verwendet werden, deren Schmelze elektrisch leitend ist.

Durch die geeignete Einstellung der Parameter kann das Magnetfeld, und damit die von ihm erzeugte Lorentzkraft, kontrolliert werden. Das ermöglicht es, die Durchmischung der Schmelze so zu beeinflussen, dass unter anderem eine Durchbiegung der Wachstumsphasengrenze signifikant verringert und damit die strukturelle Perfektion des wachsenden Kristalls verbessert werden kann. Darüber hinaus wird eine homogenere makroskopische Dotierstoffverteilung erreicht, wodurch die Qualität der Kristalle zusätzlich erhöht wird.

Die technische Erprobung des Verfahrens wurde erfolgreich abgeschlossen und ein Transfer der Technologie in Wissenschaft und Industrie hat bereits begonnen.

Vorteile des Einsatzes der KRISTMAG-Technologie in der Kristallzüchtung

  • Schnellerer Abtransport der Kristallisationswärme von der Wachstumsphasengrenze
  • Effizientere Auslastung der Anlagen durch die höhere Züchtungsgeschwindigkeit
  • Steigerung von Homogenität und struktureller Perfektion der gezüchteten Kristalle
  • Energie-, Kosten und Platzersparnis durch in die Heizer integrierte Magnetfeldgeneratoren
  • Prinzipielle Möglichkeit jede Züchtungsanlage mit der KRISTMAG-Technologie nachzurüsten
  • Realisierbarkeit der Anpassung des Verfahren für unterschiedlichste Züchtungsprozesse

Das IKZ bietet folgende Leistungen

  • Prozessentwicklung für Züchtungstechnologien unter Einsatz von wandernden Magnetfeldern
  • Anlagenentwicklung, Konstruktion und Modellierung für Kundengeometrien
  • Modellierung von Temperatur-, Spannungs-, Lorentzkraftdichte- und Strömungsfeldern
  • (2D und 3D) beim Einsatz von wandernden Magnetfeldern
  • Kontrolle der Züchtungsergebnisse - Realstrukturuntersuchungen zum Einfluss von Magnetfeldern auf die Kristalleigenschaften

Wir beraten Sie gern zum Einsatz der KRISTMAG-Technologie, z.B. in bereits vorhandenen Züchtungsanlagen. Auf Wunsch erstellen wir Machbarkeitsstudien zur Einschätzung der Realisierbarkeit und des Aufwandes. Wir bringen unsere Kompetenzen auch gern in gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte ein.

Ausgewählte Patente

Kontakt

Projektleitung

Dr. Christiane Frank-Rotsch
Tel: +49 30 6392 3031
Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

 

Wissenschaftscampus graFOx

 

grafox logo

Growth and Fundamentals of Oxides for Electronic Applications

 

Advanced UV for Life

UV Logo

Das Konsortium "Advanced UV for Life" hat sich im Rahmen des vom BMBF initiierten Programms „Zwanzig20 – Partnerschaften für Innovation“ zusammengeschlossen. Zentrales Anliegen dieses Bündnisses aus Unternehmen und Forschungseinrichtungen ist es, die Verfügbarkeit und den Einsatz von Ultraviolett-Leuchtdioden (kurz UV-LEDs) entlang der kompletten Wertschöpfungskette voranzutreiben.

Die Aufgabe des IKZ liegt in der Entwicklung und Bereitstellung von AlN-Substraten zur Epitaxie für die UVC-Optoelektronik

Weitere Informationen finden Sie hier: www.advanced-uv.de/

 

Joint Lab für Elektronenmikroskopie

Das IKZ betreibt gemeinsam mit der Humboldt-Universität zu Berlin das" Joint Laboratory for Electron Microscopy Adlershof (JEMA)".  Hauptaufgabe des JEMA ist die Aufklärung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in kristallinen Materialien. Das Labor verfügt über eine hochmoderne Ausstattung, Einzelheiten finden sich bei der Gruppe Elektronenmikroskopie.

Neben der Entwicklung der aktuellsten elektronenmikroskopischen Techniken und Methoden bildet die Ausbildung von Studenten und Forschenden einen weiteren Schwerpunkt des JEMA.

 

Das Joint Lab für Elektronenmikroskopie verbindet die Gebiete Forschung und Service und kann für Forschungsprojekte und Dienstleistungen von Partnern und externen Forschungsinstitutionen angefragt werden. Für weitere Informationen oder Anfragen können Sie sich direkt über das Kontaktformular an uns wenden oder wenden Sie sich an Dr. Maike Schröder.

 

 

Partnerlogo 1

Partnerlogo 2

Partnerlogo 3