SiC - Vom Schmirgelpapier zum Silizium-Konkurrenten?

Universität Erlangen-Nürnberg erforscht Siliziumkarbid als Halbleitermaterial

Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hat eine neue DFG-Forschergruppe gegründet, die Siliziumkarbid (SiC) mittels neuer Wege in Züchtung und Dotierung als Halbleitermaterial interessant machen soll. Das vielen vom Schleifpapier her bekannte SiC ist nicht nur extrem hart, sondern auch ein Halbleiter, der gerade bei sehr hohen Strömen und Spannungen - wie zum Beispiel bei der Steuerung elektrischer Lokomotiven - dem Silizium überlegen sein soll.

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"Würde man bis zum Jahre 2030 alle Hochleistungs- und Hochfrequenzschalter aus Silizium durch solche aus SiC ersetzen, so könnte man in einem Land wie Deutschland etwa sechs Gigawatt an elektrischer Energie einsparen. Das entspricht der Leistung von fünf Kernkraftwerken", verspricht die Forschergruppe in einer Pressemitteilung.

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Die Frage "Warum erst 2030 und nicht schon heute?" begründen die Forscher wie folgt: SiC ist im Vergleich zu Silizium ein "schwieriges" Material - schwierig bei der Züchtung von Kristallen, die bei 2200 Grad Celsius statt der etwa 1400 Grad Celsius für Silizium stattfindet; schwierig bei der Dotierung, d. h. beim gezielten Einbau von Fremdatomen zur Steuerung der elektrischen Eigenschaften, und schwierig in vielen anderen Bereichen. Zudem leide SiC am "Nachteil des Zweitgeborenen", der sich mühsam aus dem Schatten des Erstgeborenen Silizium herausarbeiten müsse. Dennoch hätten die unübersehbaren Vorteile des SiC in den letzten zehn Jahren zu außerordentlichen, internationalen Forschungsanstrengungen geführt.

Bereits Anfang 2001 bildete sich an der FAU eine Initiative mit dem Ziel, die vorhandene Expertise auf dem Gebiet des SiC in einer Forschergruppe zu bündeln. Unter dem Titel "SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung" haben sich nun - dank der Finanzierung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - sieben Lehrstühle aus der Naturwissenschaftlichen Fakultät I und der Technischen Fakultät der FAU zusammengetan. Dazu zählen die Lehrstühle für Experimentalphysik, Theoretische Festkörperphysik, Angewandte Physik, Kristallographie und Strukturphysik, Werkstoffe der Elektrotechnik, Mikrocharakterisierung und Elektronische Bauelemente. Die Leitung der Forschungsgruppe übernimmt Prof. Dr. Lothar Ley, der Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik am Institut für Technische Physik.

Ziel der Forschergruppe "SiC als Halbleitermaterial: Alternative Wege in Züchtung und Dotierung" ist die Erkundung und Entwicklung neuer Wege abseits bereits eingefahrener Bahnen in den Kernfragen der Kristallzüchtung und Dotierung - in der Erwartung, dass man dabei auf Verfahren stößt, die den etablierten Ansätzen überlegen sind. Es handelt sich also um eine ergebnisorientierte Grundlagenforschung, die sowohl Risiken als auch erhebliche Potenziale birgt.

Die Mitglieder der Forschergruppe sind der Meinung, dass diese Art der Forschung, die von der Industrie wegen der ökonomischen Zwänge nicht verfolgt wird, einer Universität angemessen sei. Der Kontakt mit der Industrie spiele dabei eine wichtige Rolle; ein Austausch mit allen deutschen Firmen, die auf dem Gebiet tätig sind, soll bestehen.

Die DFG fördert die neue und derzeit dritte Forschergruppe an der FAU seit Februar 2002 für zunächst drei Jahre mit einem finanziellen Volumen von etwas über 1,5 Millionen Euro.

Zu den ersten Anbietern von kommerziellen SiC-Bauelementen zählt Infineon. Die Forschung und Entwicklung dieser Bauelemente fand in Erlangen statt. Laut der Forschergruppe zählt Erlangen sowohl zu den industriellen als auch universitären Zentren der SiC-Forschung.

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