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entdeckt_02_2014

entdeckt 02 .14 PORTRÄT WWW.HZDR.DE modernen Technologie befindet sich lediglich eine dünne Schicht des Halbleiters Silizium auf einem ansonsten isolie- renden Material, wodurch sich die Taktraten der Schaltkreise merklich erhöhen und die Verlustleistung verringert wird. Übrigens produziert GLOBALFOUNDRIES, einer der "Global Player" in der Mikroelektronik, genau diese Silizium-Technolo- gie am Standort Dresden. Gleich mehrere Zukunftsthemen kommen dem Physiker in den Sinn, wenn er an seine Arbeiten am HZDR denkt: Nano- Fabrikation mit Ionen, die Wirkung von Strahlung auf Werk- stoffe und Bauteile oder die Weiterentwicklung von „Silicon- on-Insulator“ (SOI) hin zu beliebigen Halbleitern auf Isola- tormaterialien. Hierbei reizt ihn die Problemstellung, wie man prinzipiell Material und Energie bei der Produktion von Wafern einsparen könnte. Wafer heißen die dünnen Scheiben, auf denen die Mikroelektronik-Industrie die Chips anordnet, bevor sie geschnitten und in Kameras, Handys oder Compu- ter eingebaut werden. Energieeffizient wäre, in Zukunft nur hauchdünne Wafer zu verwenden, die fest mit einem dickeren Substratmaterial verbunden sind. Klingt einfach, erfordert aber wegen der unterschiedlichen Gitterstrukturen der Halb- leiterkristalle noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Als Schneidwerkzeug könnten wiederum Ionen zum Einsatz kommen, die zunächst wohldefinierte Defekte in einem Halb- leiter-Wafer erzeugen. Wenn dieser in einem zweiten Schritt erhitzt wird, soll sich eine mechanische Spannung aufbauen, die dazu führt, dass viele einzelne Wafer-Scheiben mit den gewünschten Eigenschaften und mit einer kontrollierten Dicke im Nano- bis Mikrometerbereich entstehen. Jeweils ein solch dünner Wafer wird schließlich mit einem dickeren Isolator- oder Silizum-Substrat verbunden. Selbstorganisierte Nano-Strukturen Dieses „Smart Cut“ genannte Verfahren befindet sich für SOI- Wafer bereits im Einsatz, doch der visionäre Materialforscher möchte es zu einer generellen Technologie für den sparsamen Einsatz von zusammengesetzten Halbleiter-Wafern in der Mikro- und Optoelektronik oder für Hochleistungsbauteile weiterentwickeln. „Auch neue Wege der Nano-Fabrikation möchte ich gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum und SIMIT gehen. Dieses Thema hat mich und meinen Dresdner Kollegen Stefan Facsko in der letzten Zeit sehr beschäftigt. Er hat die Berechnungen gemacht, ich die Experimente, allerdings ist es bis zur Industriereife noch weit“, berichtet Xin Ou. Sicher- heitshalber reichten die beiden Physiker für ihr ausgeklügeltes Procedere aber bereits ein Patent ein. Um auf einer Halbleiter-Oberfläche Nano-Strukturen zu erzeu- gen, setzen die HZDR-Forscher auf niederenergetische Ionen. Deren Vorteil: Sie dringen nicht allzu tief in das Material ein. Allerdings zerstören sie die Oberfläche des Halbleiter-Kristalls und damit auch seine besonderen Eigenschaften. Heizt man das Material jedoch während des Ionenbeschusses in geeig- neter Weise auf, ordnen sich die entstandenen Leerstellen zu regelmäßigen Strukturen im Nanometer-Maßstab an (siehe Artikel auf Seiten 04 – 05). Der chinesische Physiker sieht für die Nano-Fabrikation mit Ionen ein großes Anwendungs- potenzial: „Für niedrige Ionenenergien benötigt die Industrie keine großen Anlagen. Wenn es gelingt, die behandelten Oberflächen in einem kristallinen Zustand zu halten, lassen sich mit unserer Methode Silizium, Galliumarsenid und andere Halbleiter bearbeiten und mit geordneten Nano-Strukturen versehen.“ Da sich Xin Ou heute in beiden Welten – in Europa wie in Asien beziehungsweise in der grundlegenden wie angewand- ten Forschung – bestens auskennt, gewinnt das HZDR mit ihm einen hervorragenden Kooperationspartner in China. Er selbst hofft, dass er auf einem für März 2015 geplanten Treffen der Direktoren von SIMIT und Ionenstrahlzentrum viele seiner Dresdner Kollegen treffen wird. Bis dahin werden er und seine Familie sich in der Millionenstadt Shanghai wohl ein wenig eingelebt haben. PUBLIKATIONEN: X. Ou, A. Keller, M. Helm, J. Fassbender, S. Facsko: “Rever- se epitaxy of Ge: ordered and faceted surface patterns”, in Physical Review Letters 2013 (DOI: 10.1103/PhysRev- Lett.111.016101) X. Ou, P. D. Kanungo, R. Kögler, P. Werner, U. Gösele, W. Skorupa, X. Wang: “Three-dimensional carrier profiling of individual Si nanowires by scanning spreading resistance microscopy”, in Advanced Materials 2010 (DOI: 10.1002/ adma.201001086) X. Ou, R. Kögler, A. Mücklich, W. Skorupa, W. Möller, X. Wang, L. Vines: “The use of nanocavities for the fabrication of ultrathin buried oxide layers”, in Applied Physics Letters 2009 (DOI: 10.1063/1.3065478) KONTAKT _Institut für Ionenstrahlphysik und Materialwissenschaft am HZDR Dr. Xin Ou x.ou@hzdr.de http://english.sim.cas.cn/au/ (SIMIT - Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology) NANO-FABRIKATION: Xin Ou prüft die Temperatur, die je nach Material zwischen 200 und 600 Grad Celsius liegen kann. Bei gleichzeitigem Beschuss mit niederenergetischen Teilchen entste- hen die gewünschten Nanostrukturen. Foto: Matthias Rietschel

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