Pressemitteilungen

"21.05.2019 IKZ-News: 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/

 

"28.02.2019: 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

 

11.10.2018: 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.

 

31.01.2018: Thomas Schröder als neuer Direktor des Leibniz-Instituts 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-Instituts, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), die kommissarische Leitung des Instituts 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.

 

22.01.2018: Forscher decken die grundsätzliche Limitierung im Schlüsselmaterial für Festkörperbeleuchtung auf

Zum ersten Mal hat eine internationale Forschungsgruppe den Kernmechanismus aufgedeckt, 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.

“Offensichtlich behindert ein technologischer Engpass sämtliche Versuche, die Emission vom grünen in den gelben und roten Bereich der Spektren zu verlagern“, - erklärt Dr. Tobias Schulz, Leibniz-Institut für Kristallzüchtung, Berlin: "Zum Beispiel das Wachstum von InGaN-Filmen auf qualitativ hochwertigen InGaN-Pseudosubstraten, welche die Verspannung in der Schicht reduzieren würden.“

Die regelmäßige Anordnung der Atome kann jedoch helfen, bekannte Grenzen des InGaN-Materialsystems zu überwinden: Lokalisation von Ladungsträgern aufgrund von Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung in der Schicht. Die Züchtung von fest angeordneten (In, Ga)N-Legierungen mit einer stabilen Zusammensetzung bei hohen Temperaturen kann somit die optischen Eigenschaften von Bauelementen verbessern.

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).

Der Artikel ist erschienen in:

https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.2.011601

27.03.2017: Berliner Start-up GOLARES erhält Leibniz-Gründerpreis 2017

Die Berliner Ausgründung GOLARES vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Adlershof erhält den Gründerpreis der Leibniz-Gemeinschaft 2017. Die Auszeichnung ist mit einem Preisgeld von 50.000 Euro dotiert, das für die weitere Entwicklung des Unternehmenskonzepts eingesetzt werden kann.

GOLARES hat ein Verfahren zum hochpräzisen und homogenen Beschichten sowie zum effizienten Strukturieren von Bauelementen entwickelt, die zum Beispiel in Lasern oder Sensoren vieler Hightech-Produkte zum Einsatz kommen. Mit einer neuentwickelten Plasmaquelle ist GOLARS in der Lage, dünne Schichten aus Titan- und Aluminiumnitrid herzustellen, die sich durch besondere Härte, Wärmeleitfähigkeit und chemische Beständigkeit auszeichnen. Die so produzierten Wafer bilden die Grundlage für Mikrochips, die in verschiedenen elektronischen und opto-elektronischen Bauelementen verwendet werden.

GOLARES zielt besonders auf innovative kleine und mittelständische Unternehmen, die Plasma-Prozessierung für Kleinserien, Vorversuche und Prototypen, aber auch entsprechende Infrastrukturen nicht selbst vorhalten können. Die dafür eingesetzte Technik verspricht ihnen robustere Produkte mit einer höheren Lebensdauer.

Hinter GOLARES stehen mit Sebastian Golka, einem promovierten Elektroingenieur, und Michael Arens, einem promovierten Physiker, zwei Spezialisten für Plasmaprozesstechnik. Michael Arens bringt dazu Erfahrungen in Vertrieb und Betriebswirtschaft mit.

GOLARES wurde zuletzt mit einem EXIT-Gründerstipendium des Bundeswirtschaftsministeriums für Existenzgründungen aus der Wissenschaft gefördert und vom Gründungsservice Leibniz-Transfer der Leibniz-Gemeinschaft unterstützt. Seit Juni 2016 hat GOLARES als GmbH den operativen Betrieb aufgenommen.

Für den Leibniz-Gründerpreis 2017 waren neben GOLARES drei weitere, hervorragende Gründungsprojekte aus Leibniz-Instituten nominiert, darunter auch MSim – Microelectronic Simulations vom Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik in Berlin (WIAS), das moderne und hochwertige Simulations-Produkte für Hersteller von Halbleiter-Bauelementen anbietet. IKZ und WIAS gehören zum Forschungsverbund Berlin e.V., der in diesem Jahr sein 25-jähriges Bestehen feiert.

Mit dem Gründerpreis der Leibniz-Gemeinschaft werden Ausgründungsvorhaben aus Leibniz-Instituten in der Vorbereitungs- bzw. Start-up-Phase unterstützt. Das Preisgeld ist zweckgebunden für Beratungsleistungen bei der Überprüfung und praktischen Umsetzung der Unternehmenskonzepte. Dabei geht es insbesondere um Herausforderungen wie Markteintritt, Einwerbung einer Finanzierung oder Entwicklung von Marketing- und Vertriebskonzepten. Die Begutachtung der eingereichten Vorschläge erfolgte durch die Preis-Jury der Leibniz-Gemeinschaft, die sich aus leitenden Wissenschaftlern von Leibniz-Instituten und Personen des öffentlichen Lebens zusammensetzt, darunter ausgewiesene Experten für Ausgründungen und Wissenstransfer.

Weitere Informationen zum Leibniz-Gründerpreis unter:
www.leibniz-gemeinschaft.de/ueber-uns/auszeichnungen/leibniz-gruenderpreis/

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