Mit energie- und ressourcensparenden Methoden will ein Forschungsteam am Institut für anorganische Chemie der TU Graz hochwertige dotierte Siliziumschichten für die Elektronik- und Solarbranche ermöglichen.
Die weltweite Produktion von Halbleitern wächst rasant und damit die Nachfrage nach Vorprodukten, insbesondere kristallinem Silizium. Bei dessen energieintensiver Herstellung lässt sich aber nur ein Viertel des eingesetzten Rohsiliziums nutzen. Dies führt zu großen Abfallmengen. Im heute eröffneten „Christian Doppler Labor für Neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionalisierten Hydridosilanen“ forscht ein Team um Laborleiter Michael Haas vom Institut für Anorganische Chemie der TU Graz an Alternativen: Gefördert vom Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft erkunden die Forschenden gemeinsam mit Unternehmenspartner Air Liquide Advanced Materials neuartige Ausgangsmaterialien für die energieeffizientere Produktion von Halbleitern. Im Mittelpunkt steht die Verarbeitung von funktionalisierten Hydrosilanen. Dabei handelt es sich um chemische Verbindungen, die vorrangig aus Silizium- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind.
Arbeits- und Wirtschaftsministerium fördert Erforschung neuer Halbleitermaterialien
Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher, dessen Ministerium wesentlich zur öffentlichen Finanzierung der CD-Labors beiträgt: „Halbleiter fungieren als zentrale Schlüsseltechnologien für den Standort. Österreich konnte sich in den letzten Jahren als bedeutendes Forschungs- und Produktionsland für Mikroelektronik etablieren. Dadurch werden hochwertige Arbeitsplätze gesichert und die Wettbewerbsfähigkeit gestärkt. Das heute eröffnete CD-Labor forscht an Premium-Halbleitern für die Computerindustrie und fördert den technologischen Vorsprung. Insbesondere Hydrosilane gelten hier als vielversprechendes Material für die Zukunft. Durch die Erforschung ihrer chemischen Eigenschaften wird die Grundlage für neue innovative Halbleitermaterialien geschaffen. Davon profitieren alle Beteiligten, insbesondere der High-Tech-Standort Österreich.“
„Der große Vorteil von Hydrosilanen ist die Instabilität dieser Verbindungen ab 300 °C oder bei Einwirkung von UV-Licht. Die relativ schwachen Bindungen zwischen den Silizium-Atomen brechen dann innerhalb von Minuten auf“, erläutert Laborleiter Michael Haas. „Mittels Flüssigphasenabscheidung lässt sich daraus Silizium gewinnen, das sich für Solarzellen oder Halbleiter-Anwendungen eignet.“ Durch die niedrige Temperatur ist der Energieverbrauch dieses Verfahrens vergleichsweise gering. Erheblicher Forschungsbedarf besteht bei der Verwendung von funktionalisierten Hydrosilanen für die Herstellung dotierter Siliziumfilme; dabei handelt es sich um Siliziumschichten, die mit sogenannten “Fremdatomen“ angereichert sind, um die Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen.
Um diese Lücke zu schließen, werden die Forschenden neuartige funktionalisierte Hydrosilane herstellen und charakterisieren, um sie anschließend mittels verschiedener Abscheidetechniken zu dotierten Siliziumschichten zu verarbeiten. Abschließend ermitteln sie die relevanten Paramater dieser neuen Halbleitermaterialien, darunter ihre Morphologie, Leitfähigkeit, Absorptionseigenschaften und die Elementverteilung. „Unser Ziel ist die Entwicklung neuer Methoden, um die Herstellung vielseitiger siliziumbasierter Halbleitermaterialien energie- und ressourcenschonend zu ermöglichen. Davon würden Industrie, Endkund*innen und die Umwelt gleichermaßen profitieren“, sagt Michael Haas.