Von Schülern für Schüler.    Ionenstrahlsynthese


Mit Hilfe der Ionenstrahlsynthese lassen sich Nanostrukturen entwickeln, die unter optischer oder elektrischer Anregung zum Leuchten gebracht werden können.

Zur detaillierten Erläuterung soll eine Skizze helfen, die vier Prozessschritte darstellt:





Oxidation:

Im Ofen wird eine Silizium-Scheibe auf 1000 Grad Celsius erhitzt. Durch darüber geleiteten Sauerstoff wächst auf der Scheibenoberfläche eine 500 Nanometer dünne Siliziumdioxid-Schicht.


Was passiert bei der Ionenstrahlsynthese?

Die eigentliche Ionenstrahlsynthese umfasst nun die folgenden beiden Prozessschritte, die in Fachkreisen auch als "Ionen-Implantation" und "Annealing" bezeichnet werden:

1. Implantation:

In der Substratkammer eines Ionenbeschleunigers werden nach dem Verdampfen eines Elementes dessen Ionen gefiltert, beschleunigt und zu einem Strahl fokussiert. Mit diesem Strahl werden dann Silizium-Ionen in die hauchdünne Glasschicht des Siliziumchips geschossen.

2. Annealing:

Im Anschluss an die Implantation wird die Silizium-Scheibe (auch "Wafer" genannt) in einem Temper-Ofen auf 1000 Grad Celsius geheizt. Dieser Schritt hat zwei Ziele:

  • Durch die Ionen-Implantation ist das Material geschädigt worden und Defekte wurden erzeugt. Bei hohen Temperaturen vermindert sich die Anzahl der Defekte - sie "heilen aus". Daher spricht man bei der Hochtemperaturbehandlung auch von "Ausheilung".
  • Bei den hohen Temperaturen diffundieren die eingeschossenen Atome und bilden so genannte "Cluster", d.h. Ansammlungen von einigen hundert bis einigen tausend Atomen, die meist kugelförmig sind. Da diese Strukturen ca. 2-5 nm groß sind, spricht man von Nanostrukturen.

Siliziumdioxid-Schicht mit Germanium-Nanoclustern

Kontaktierung:

Um den Chip auch elektrisch anregen zu können, bringen die Forscher an der Rückseite eine Aluminiumschicht an. Da der Chip zur optischen Datenübertragung genutzt werden soll, ist außerdem an der Vorderseite eine optisch transparente Schicht notwendig, die so genannte "ITO-Schicht" (ITO steht für Indium-Zinnoxid).