Wissenschaft Neues Verfahren zur Herstellung von Silizium für Chips

Mit flüssigem Metall bei Temperaturen von 80 Grad machen US-Wissenschaftler aus Sand kristallines Silizium für Chips und Solarzellen. Sollte sich das Verfahren bewähren, könnten Chips und Solarzellen in Zukunft deutlich günstiger werden.

Wissenschaftler der Universität von Michigan (U-M) in Ann Arbor haben ein neues Verfahren für die Herstellung von kristallinem Silizium entwickelt. Es braucht viel weniger Energie und könnte so die Chipproduktion günstiger machen.

Silizium, der Stoff, aus dem Computerchip oder Solarzellen hergestellt werden, macht den Hauptbestandteil der Erdkruste aus - der meiste Sand besteht aus Siliziumdioxid. Sand in kristallines Silizium zu verwandeln, ist jedoch sehr energieaufwendig - die Reaktionen liefen bei rund 1.100 Grad ab, wodurch viel Kohlendioxid freigesetzt werde, erklärt der U-M-Chemiker Stephen Maldonado.

Elektrode aus flüssigem Gallium...

Maldonado hat mit seinen Kollegen eine Methode entwickelt, die eine Temperatur von lediglich 80 Grad erfordert: Sie erzeugten eine Lösung mit Siliziumtetrachlorid und platzierten diese auf einer Elektrode aus flüssigem Gallium. Elektronen aus dem Metall wandelten das Siliziumtetrachlorid in Silizium. Das setzte sich als dunkler Film auf der Oberfläche der flüssigen Elektrode ab.

Aufnahmen mit dem Elektronenmikroskop hätten die kristalline Struktur des Siliziums gezeigt, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society. Allerdings seien die Kristalle mit einem Durchmesser von etwa 500 Nanometern recht klein. Die Forscher um Maldonado wollen das Verfahren so anpassen, dass es möglich ist, auch größere Kristalle, wie sie etwa für Solarzellen gebraucht werden, zu erzeugen. Eine Möglichkeit könnte die Verwendung einer Legierung aus anderen Metallen mit einem niedrigen Schmelzpunkt sein.

...ist der Kernpunkt

Das flüssige Metall sei der Kern des Verfahrens, sagt Maldonado."Auch viele feste Metalle liefern Elektronen, die Siliziumtetrachlorid in ungeordnetes Silizium verwandeln. Aber nur Metalle wie Gallium können zudem als Flüssigkeit für die Siliziumkristallisation ohne zusätzliche Wärmezufuhr dienen."

Kristallines Silizium wird unter anderem für die Herstellung von Computerchips und Solarzellen verwendet. Sollte sich das Verfahren als praktikabel und massentauglich erweisen, könnte das große Auswirkungen auf den Chipmarkt haben. "Es ist noch zu früh, um exakt abzuschätzen, um wie viel der Prozess den Preis für das Silizium senken wird", sagt Maldonado. "Das Potenzial für einen skalierbaren, erheblich günstigeren und umweltfreundlicheren Prozess gibt es auf jeden Fall."