Physiker untersuchen die thermische Ausdehnung von flüssigen Halbleitern

Die thermische Ausdehnung von Schmelzen der Halbleiter Silizium und Germanium sowie der Legierungen dieser Elemente untersuchen Wissenschaftler am I. Physikalischen Institut der Universität Göttingen. Die Untersuchungen werden mit Hilfe von Boden- und Parabelflugexperimenten durchgeführt. Die Forschungsergebnisse sind vor allem von Bedeutung für das Verständnis und die Simulation der Schmelzen. Die Halbleiterindustrie verwendet Kristalle dieser Schmelzen für die Herstellung integrierter Schaltkreise, die als Chips in fast jedem elektronischen Gerät zu finden sind. Für das auf drei Jahre angelegte Projekt in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Konrad Samwer stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung Fördermittel in Höhe von 251.000 Euro zur Verfügung. Kooperationspartner sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln und das California Institute of Technology in Pasadena (USA).

Die Halbleiter Silizium und Germanium zeichnen sich durch eine spezifische Kristallstruktur aus und schmelzen erst bei Temperaturen von um oder weit über 1.000 Grad Celsius. „Die geschmolzenen Materialien weisen eine hohe Reaktionsfreudigkeit auf. Daher können wir diese Schmelzen nicht in den üblichen Behältern, den so genannten Tiegeln, untersuchen, da sie mit jedem Tiegelmaterial eine chemische Verbindung eingehen würden“, erläutert der Physiker Dr. Bernd Damaschke. Die Göttinger Forscher nutzen daher für ihre Untersuchungen das Verfahren der elektrostatischen Levitation. Dazu wird die Materialprobe elektrisch aufgeladen und in einem großen elektrischen Feld durch elektrostatische Kräfte „zum Schweben“ gebracht. Eine weitere Methode, die zum Einsatz kommen wird, ist die elektromagnetische Levitation unter Schwerelosigkeit im Rahmen von Parabelflügen. Die Probe wird dazu in eine elektrische Spule eingebracht. Diese sorgt in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld dafür, dass in der Probe „Wirbelstürme“ angeworfen werden, so dass diese ebenfalls schwebt oder positioniert werden kann. „Wir können dann die Ausdehnung von Schmelzen der Halbleiter und der Legierungen dieser Elemente unter Temperaturänderungen untersuchen, ohne dass wir Tiegel einsetzen müssen“, so Dr. Damaschke. Von den Forschungsergebnissen erhoffen sich die Physiker insbesondere Aufschluss darüber, wie sich der Verlauf des Kristallwachstums gezielt beeinflussen lässt, um so Kristalle mit speziellen Eigenschaften für die Halbleiterindustrie zu „züchten“.