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News | 01-04-2020

Neue Float-Zone Züchtungsanlage für Siliziumkristalle bis zu 8 Zoll am IKZ installiert

Das Float-Zone (FZ) Verfahren eignet sich ausgezeichnet für die Herstellung von Volumenkristallen von ultrahoher Reinheit und Perfektion. Dem IKZ in Berlin steht nun eine neue FZ Anlage für die Züchtung von großen Silizium-Kristallen mit einem Durchmesser von bis zu 8 Zoll (200 mm) zur Verfügung. Das ist der bisher größte mit der FZ Methode erreichbare Durchmesser. Das IKZ kann damit seine führende Rolle im Hinblick auf die akademische und industrielle FZ Züchtung weiter ausbauen.

Größe macht den Unterschied – Wafer mit größerem Durchmesser ermöglichen Durchsatzsteigerungen bei der Herstellung elektronischer Bauelemente. Bei der Produktion von Hochleistungs-Halbleitern, mit besonders niedrigem Gehalt an Fremdstoffen wie Sauerstoff und Kohlenstoff, ist der Wafer-Durchmesser durch das FZ Verfahren limitiert. Leistungshalbleiter  finden in der gesamten Energiewertschöpfungskette Verwendung, von der Stromerzeugung, dessen Übertragung bis zur Nutzung, z.B. im Bereich Elektromobilität. In Anbetracht des Klimawandels gewinnen Leistungshalbleiter an Bedeutung, da sie nachhaltige Lösungen durch intelligentes Energiemanagement ermöglichen.

Die moderne Züchtungsanlage FZ-30 wurde im Rahmen eines Sondertatbestands von der Leibniz-Gemeinschaft finanziert und von der Firma PVA-TePla in Jena gebaut. Die technologischen Anforderungen an die Anlage mit einer Höhe von 12m und einem Gesamtgewicht von 20t sind auch deshalb enorm, weil die Siliziumstäbe mit einem Gewicht von über 100kg bei der Züchtung absolut schwingungsfrei und millimetergenau bewegt werden müssen. Im Vergleich zu den drei am IKZ bestehenden FZ-Anlagen erlaubt die bessere Mechanik der FZ-30 nicht nur das Ziehen größerer Kristalle, sondern auch die Züchtung mit höherer Prozessstabilität und Dotierstoffhomogenität im Kristall. In der FZ-30 kann eine Inertgas-Atmosphäre mit bis zu 3bar Überdruck erzeugt werden. Das mindert das Risiko des elektrischen Durchschlags bei hoher Heizleistung des Induktionsgenerators bis 120KW. Der eigentlich für die industrielle Produktion konzipierte Anlagentyp wurde mit IKZ-Knowhow für den Forschungsbetrieb umfangreich modifiziert und so der freie Parameterraum für den Prozess erweitert. Der Rezipient wurde um zusätzliche Durchführungen und Versuchseinbauten wie Infrarotheizer ergänzt. Der FZ Prozess kann über die vollständig neu entworfene Benutzerschnittstelle gesteuert oder teilweise automatisch mit der am IKZ entwickelten Regelung gefahren werden.

Zukünftig soll die FZ-30 zur Entwicklung von FZ Prozessen, für Kristalle mit höherer Reinheit und Dotierstoffhomogenität, für die nächste Generation von  Leistungshalbleitern dienen. Für eine bessere Beherrschbarkeit des insbesondere bei großen Durchmessern komplexen FZ Prozesses sollen neue Regelungskonzepte erforscht werden.

Weitere Informationen:
Robert Menzel
Sektion: Halbleiter