CD-Labor für Neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionalisierten Hydridosilanen

Dieses CD-Labor erforscht alternative, besonders energieeffiziente und nachhaltige Methoden zur Herstellung von hochwertigen Silizium-Schichten, die für zahlreiche Anwendungsfälle in der IT nutzbar sind.

Für verschiedenste moderne technische Gerätschaften und industrielle Wertschöpfungsketten – von hochautomatisierten Autos bis Supercomputern, von Cloud-Systemen bis Raumfahrt – sind Halbleiter von zentraler Bedeutung: In der Industrie am meisten eingesetzt wird dabei immer noch Silizium, insbesondere in der „c-Si“ genannten Variante, die in einkristalliner Wafer-Form vorliegt. Im Zuge der modernen Produktionstechnik für c-Si können allerdings lediglich 25% des ursprünglichen Siliziums effektiv genutzt werden, wodurch es hier zu einem hohen Energieverbrauch und einem enormen Abfallproblem kommt.

Als mögliche Alternative sieht die Forschung derzeit Hydrosilane, das sind chemische Verbindungen, die vorrangig aus Silizium- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind: Bestimmte lineare, verzweigte und zyklische Derivate dieser Verbindungsklasse zersetzen sich nämlich zu reinem Silizium, wenn sie einer Flüssigphasenabscheidung (LPD) bei über 300 Grad Celsius unterzogen werden. So können auf Basis dieser bei Raumtemperatur flüssigen, kohlenstoff- und sauerstofffreien sowie in hoher Reinheit zugänglichen Verbindungen hochwertige Siliziumschichten hergestellt werden.

Da die Literatur aber nur vereinzelte Berichte zur Anwendung dieses Prinzips zur Herstellung funktioneller Siliziumfilme bietet, widmet sich das Team des CD-Labors nun tiefgehender Grundlagenforschung in diesem Bereich: Erstens sollen neuartige funktionalisierte Hydrosilane synthetisiert und charakterisiert werden, im Zuge dessen eine synthetische Bibliothek bisher unbekannter Vertreter dieser Verbindungsklasse entstehen wird. Darüber hinaus werden die gewonnenen Erkenntnisse auch auf Hydrogermane übertragen. Zweitens sollen eben diese neuen Derivate als Vorstufen für LPD (sowie für andere Abscheidetechniken wie Dampfphasenabscheidung) verwendet werden. Und schließlich gilt es auch, nicht nur die Prozesse zu untersuchen, sondern auch die resultierenden verarbeiteten funktionellen Siliziumschichten auf relevante Parameter (Morphologie, Dicke, Leitfähigkeit, Elementverteilung, Absorptionseigenschaften etc.) zu überprüfen.

Auf Basis der Grundlagenforschung des CD-Labors sollen somit bisher unbekannte Methoden zur Herstellung von Silizium-Heterostrukturen entstehen, wofür wiederum neuartige Klassen funktionalisierter Derivate genutzt werden: Dies wäre ein großer Fortschritt für akademische und industrielle Elektronikforschung, von dem – dank mehr Produktionseffizienz und weit weniger entstehendem Abfall – Industrie, Endkund*innen und Umwelt gleichermaßen profitieren würden.