Kristalle für die Halbleitertechnologie ziehen

Kristalline Halbleiter-Komponenten sind das Herzstück vieler moderner Kommunikationstechniken wie Computer und Mobiltelefone. Ihre Herstellung erfolgt in einem mehrtätigen Ziehverfahren unter sehr hohem Energieeinsatz.

Das BINE-Projektinfo „Monokristalline Halbleiter energiesparend produzieren“ (01/2015) stellt ein neues Verfahren zur Herstellung von Gallium-Arsenid-Kristallen vor. Statt bisher einzeln werden jetzt neun Kristalle parallel aus der Schmelze gezüchtet. Das senkt den spezifischen Energieverbrauch bei der Herstellung auf ein Drittel.

Neben Silizium, das nach wie vor die Halbleitertechnologie dominiert, hat sich auch Gallium-Arsenid als Ausgangsmaterial für hochreine Einkristalle etabliert. Bei diesen sind die Atome nahezu perfekt im Gitter angeordnet und nur jedes Millionste Atom ist ein Fremdelement.

Die Kristalle werden im Verlauf eines mehrtägigen Prozesses aus bis zu 1.300 °C heißen Schmelzen gezogen. Beim neuen Verfahren gelang es den Entwicklern, die Erstarrungsgeschwindigkeit und die Ausbeute zu steigern. Die Herausforderung bei der parallelen Züchtung liegt darin, die Wärmezufuhr und die Anordnung der neun Kristalle so durchzuführen, dass die Struktur und die Reinheit des Endprodukts nicht beeinträchtigt wird.

Entwickelt wurde das neue Verfahren von der Freiberger Firma Compound Materials (FCM). Dr. Berndt Weinert, R&D Manager bei FCM: „Das Verfahren hat sich in der Praxis bewährt, die Produktion wurde nahezu vollständig darauf umgestellt. In 2014 wurden schätzungsweise 4.000 MWh eingespart.“ Die Firma hat mittlerweile ihre Produktion auf das neue Verfahren umgestellt.

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