Siliziumcarbid - Halbleiter für hohe Temperaturen

Weitaus interessanter schätzt er SiC aber wegen seiner optoelektronischen Eigenschaften ein. Mit Hilfe dünner Schichtstapel sei eine sehr elegante Schnittstelle zwischen der erheblich schnelleren optischen Informationsübertragung in Lichtleitfasern und der konventionellen elektronischen Datenverarbeitung im Rechner konstruierbar. Richter und sein Team experimentieren bereits mit Silizium-Nanokristallen in Siliziumcarbid-Schichten, die dann als Mini-Lichtemitter dienen sollen.

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Die Schlüsseltechnologie für die SiC-Herstellung heißt Molekularstrahl-Epitaxie. In einem Vakuumzylinder verdampft Richters Wissenschaftler-Team bei Temperaturen zwischen 1000° C und 2000° C Silizium und Graphit, so dass Atomlage für Atomlage hochreine SiC-Kristallschichten auf einem Substrat wachsen. Die Schichtdicken betragen nur zehn bis 100 Nanometer.

Über eine Veränderung der Wachstumsparameter lässt sich auch die Kristallstruktur der Dünnschichten beeinflussen. "Siliziumcarbid ist eines der wenigen Materialien, die in verschiedenen Kristallformen mit jeweils unterschiedlichen elektrischen und optischen Eigenschaften auftreten", erläutert Richter, "über 100 Kristalltypen sind möglich."

Gezielt züchtet sein Team bereits hauchdünne SiC-Schichtfolgen unterschiedlicher Kristallstrukturen, die völlig verspannungsfrei aufeinander haften, weil sie trotz unterschiedlicher Strukturen dieselbe Gitterkonstante besitzen. Diese Schichten vermögen sowohl elektrischen Strom als auch Licht zu leiten. In einem Projekt des Jenaer DFG-Sonderforschungsbereichs 196 "Physik und Chemie optischer Schichten" will Richter nun deren Eigenschaften exakt bestimmen.

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Bislang kooperierte sein Team auf dem Gebiet der Epitaxie dünner Schichten eng mit der Jenoptik AG. Ob sich allerdings Siliziumcarbid in großem Maßstab in der Halbleiterindustrie durchsetzen kann, will Richter nicht orakeln. "Das hängt von der weiteren Entwicklung und den jeweiligen Anwendungsanforderungen ab", meint er. "Schließlich sind auch andere Halbleitermaterialien denkbar." Parallel zu Siliziumcarbid experimentieren die Jenaer Wissenschaftler auch mit Galliumnitrid.

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