Halbleiter: Aus Zement wird Metall

Aus Zement wird ein metallisches Glas: US-Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, um Zement in einen Halbleiter zu verwandeln. Das Verfahren könnte künftig in der Elektronikherstellung eingesetzt werden.

Artikel veröffentlicht am 28. Mai 2013, 12:00 Uhr, Werner Pluta

Neues Verfahren zur Halbleiterherstellung: Bildschirmkomponenten aus Zement (Bild: Argonne)

Wissenschaftler vom Argonne National Laboratory haben ein Verfahren entwickelt, um flüssigen Zement in ein flüssiges Metall zu verwandeln, das als Halbleiter in der Elektronikproduktion eingesetzt werden soll. Das Argonne National Laboratory ist eine der Forschungseinrichtungen des US-Energieministeriums.

Herausgekommen ist ein metallisches Glas. Es weise einige vorteilhafte Eigenschaften auf, erklären die Forscher: Es sei leitfähig, weniger korrosionsanfällig als ein Metall, aber nicht so brüchig wie Glas. Da es fließfähig sei, könne es zudem gut verarbeitet werden.

Komponenten für Bildschirme

Aus dem neuen Material lasse sich einiges machen, sagt Argonne-Physiker Chris Benmore, Dünnfilmtransistoren etwa, wie sie in Flachbildschirmen verbaut werden. Andere mögliche Anwendungen seien Chips oder Schutzüberzüge.

Die Verwandlung wird durch das Einfangen von Elektronen herbeigeführt. Dadurch lassen sich Materialien, die normalerweise Isolatoren sind, elektrisch leitfähig machen. Freie Elektronen werden in den käfigartigen Strukturen, die sich in Glas ausbilden, eingefangen. Auf diese Weise wird das Material ähnlich leitfähig wie ein Metall.

Isolatoren zu Leitern

"Dieses Phänomen, Elektronen einzufangen und so aus flüssigem Zement flüssiges Metall zu machen, wurde erst kürzlich entdeckt, aber bis jetzt nicht im Detail erklärt", sagte Benmore. "Jetzt kennen wir die Bedingungen, die nötig sind, um Elektronen in Materialien einzufangen, und können testen, ob wir auch andere Materialien in elektrische Leiter verwandeln können."

Als Ausgangsmaterial nutzten die Forscher Mayenit, ein Calcium-Aluminium-Oxid. Das haben sie mit einem Laser erhitzt und geschmolzen. Das Material wurde in verschiedenen Atmosphären verarbeitet, um die Bindungen, die der Sauerstoff im Glas eingeht, zu kontrollieren. Das geschmolzene Mayenit wurde dabei in der Schwebe gehalten, um zu verhindern, dass es mit umgebenden Oberflächen reagiert. Beim Abkühlen nimmt das Material eine glasartige Struktur an, in der die Elektronen dann gefangen werden.

Die Forscher wollen ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences vorstellen.