Neue Technologien für Halbleiter: Christian Doppler Labor an der TU Graz eröffnet
Die rasant wachsende Halbleiterproduktion und der enorme Ressourcenverbrauch kristallinen Siliziums stellen die Industrie vor große Herausforderungen. Im neu eröffneten „Christian Doppler Labor“ der TU Graz erforscht ein Team unter Michael Haas innovative Hydrosilane, um Halbleiter nachhaltiger und energieeffizienter zu produzieren. Gefördert vom BMAW, zielt die Forschung darauf ab, Österreichs technologischen Vorsprung in der Mikroelektronik zu sichern.
Mit energie- und ressourcensparenden Methoden will ein Forschungsteam am Institut für anorganische Chemie der TU Graz hochwertige dotierte Siliziumschichten für die Elektronik- und Solarbranche ermöglichen.
Foto: PantherMedia / Andriy Popov
Die globale Produktion von Halbleitern steigt kontinuierlich und führt zu einer immer größeren Nachfrage nach Vorprodukten wie kristallinem Silizium. Doch die Herstellung dieses zentralen Materials ist äußerst energieintensiv und ineffizient: Lediglich ein Viertel des eingesetzten Rohsiliziums kann tatsächlich genutzt werden, was erhebliche Mengen an Abfall erzeugt. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, forscht ein Team um Laborleiter Michael Haas vom Institut für Anorganische Chemie der TU Graz an innovativen Lösungen. Im neu eröffneten „Christian Doppler Labor für Neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionalisierten Hydridosilanen“ werden alternative, effizientere Ausgangsmaterialien untersucht. Die Forschung wird vom österreichischen Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) gefördert und erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Unternehmenspartner Air Liquide Advanced Materials. Im Fokus der Arbeit stehen funktionalisierte Hydrosilane – chemische Verbindungen, die hauptsächlich aus Silizium- und Wasserstoffatomen bestehen. Diese könnten zukünftig die Grundlage für eine energieeffizientere Halbleiterproduktion bilden.
Das Team des CD-Labors für Neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionalisierten Hydridosilanen (v.l.): Matthias Paris, Daniel Grieß, Madeleine Heurix, Thomas Lainer, Laborleiter Michael Haas und Monika Filzwieser.
Foto: Helmut Lunghammer
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Österreich als Vorreiter in der Halbleiterforschung
Das Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft sieht Halbleiter als Schlüsseltechnologie für den Wirtschaftsstandort Österreich. Arbeits- und Wirtschaftsminister Martin Kocher betonte, dass Österreich in den letzten Jahren eine bedeutende Rolle als Forschungs- und Produktionsland für Mikroelektronik eingenommen habe. Dadurch seien nicht nur hochwertige Arbeitsplätze gesichert, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit des Landes gestärkt worden. Das neue Christian Doppler Labor trage dazu bei, Premium-Halbleiter für die Computerindustrie zu entwickeln und den technologischen Vorsprung weiter auszubauen. Kocher hob hervor, dass insbesondere Hydrosilane großes Potenzial als zukünftiges Material für Halbleitertechnologien bieten. Die Erforschung ihrer chemischen Eigenschaften schaffe die Grundlage für innovative Materialien, die sowohl dem High-Tech-Standort Österreich als auch der Industrie insgesamt zugutekämen.
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Forschung an zukunftsweisenden Materialien und Verfahren
Laut Laborleiter Michael Haas bieten Hydrosilane erhebliche Vorteile, insbesondere aufgrund ihrer Instabilität ab einer Temperatur von 300 °C oder bei UV-Bestrahlung. Diese Instabilität führe dazu, dass die relativ schwachen Bindungen zwischen den Silizium-Atomen innerhalb weniger Minuten aufbrechen. Diese Eigenschaft ermögliche die Gewinnung von Silizium durch Flüssigphasenabscheidung – ein Verfahren, das sich hervorragend für Anwendungen wie Solarzellen und Halbleiter eignet. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sei der Energieverbrauch deutlich geringer, da das Verfahren bei niedrigeren Temperaturen abläuft. Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Herstellung dotierter Siliziumfilme. Diese Schichten, die mit sogenannten „Fremdatomen“ angereichert sind, können gezielt in ihren Materialeigenschaften angepasst werden, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen gerecht zu werden. Hier bestehe jedoch noch erheblicher Forschungsbedarf.
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Neuartige funktionalisierte Hydrosilane entwickeln
Das Team des Christian Doppler Labors plant, neuartige funktionalisierte Hydrosilane zu entwickeln und deren Eigenschaften umfassend zu charakterisieren. Diese Materialien sollen anschließend mit innovativen Abscheidetechniken in dotierte Siliziumschichten überführt werden. Abschließend werden zentrale Parameter wie Morphologie, Leitfähigkeit, Absorptionseigenschaften und die Elementverteilung der neuen Halbleitermaterialien untersucht. Das langfristige Ziel der Forschung sei die Entwicklung ressourcenschonender und energieeffizienter Herstellungsverfahren für vielseitige siliziumbasierte Halbleitermaterialien, die sowohl der Industrie als auch der Umwelt zugutekommen.
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Christian Doppler Labors: Brücke zwischen Wissenschaft und Industrie
Die Christian Doppler Labors stehen für exzellente, anwendungsorientierte Grundlagenforschung. Hier arbeiten führende WissenschaftlerInnen eng mit innovativen Unternehmen zusammen. Diese Kooperationen werden von der Christian Doppler Forschungsgesellschaft koordiniert, die international als Vorbild für erfolgreiche Forschungsförderung gilt. Die Finanzierung der Labors erfolgt durch öffentliche Mittel und die beteiligten Unternehmen. Das österreichische Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) ist dabei der wichtigste öffentliche Fördergeber.
