Sägen aus Nanoröhrchen 03.08.2013, 09:41 Uhr

Bessere Trennung von Siliziumkristallen reduziert Materialverluste

Bei der Herstellung von Wafern aus Siliziumkristallen entsteht viel Abfall. Ein Drittel des Kristalls geht beim Zersägen verloren. Mit neuen, extrem dünnen Drähten, die Forscher aus Freiburg und Australien entwickelt haben, lassen sich Siliziumkristalle deutlich besser teilen.

Neuartige Nanoröhrchen, beschichtet mit Diamantsplittern, könnten traditionellen Stahldrähten bei der Teilung von Siliziumkristallen in der Solarfertigung überlegen sein. Aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit sind die Nanodrähte weitaus dünner und reduzieren den Schnittverlust um bis zu 30 Prozent.

Neuartige Nanoröhrchen, beschichtet mit Diamantsplittern, könnten traditionellen Stahldrähten bei der Teilung von Siliziumkristallen in der Solarfertigung überlegen sein. Aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit sind die Nanodrähte weitaus dünner und reduzieren den Schnittverlust um bis zu 30 Prozent.

Foto: Fraunhofer IWM

Siliziumkristalle werden mit hohem Energie- und Zeitaufwand hergestellt. Ein Gutteil davon landet gleich wieder im Abfall und muss recycelt werden: Siliziummehl, das beim Zersägen des Kristalls herunterrieselt, um hauchdünne Wafer zu erhalten. Zwar sind die Sägedrähte im Laufe der Jahre immer feiner und die Wafer immer dünner geworden. Trotzdem gehen beim Sägen noch bis zu ein Drittel des Materials verloren.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
ITM Isotope Technologies Munich SE-Firmenlogo
Betriebsingenieur / -techniker Gebäudetechnik (f/m/d) ITM Isotope Technologies Munich SE
Garching bei München Zum Job 
b+m surface systems GmbH-Firmenlogo
Sales Manager (m/w/d) b+m surface systems GmbH
Eiterfeld Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Systemingenieur Mechanical/thermal Architect Optical Instrument (d/m/w) Airbus
Raum Friedrichshafen Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
IT-Infrastruktur- / Systemadministrator (d/m/w) Airbus
Grafschaft-Gelsdorf Area Zum Job 
Airbus-Firmenlogo
Entwickler / Operator (d/m/w) Airbus
Grafschaft-Gelsdorf Area Zum Job 
Stadt NÜRNBERG-Firmenlogo
Ingenieur/in (w/m/d) im Bereich Elektrotechnik beim Hochbauamt Stadt NÜRNBERG
Nürnberg Zum Job 
Stadt NÜRNBERG-Firmenlogo
Bauingenieur/in (w/m/d) für Tiefbauprojekte beim Servicebetrieb Öffentlicher Raum Nürnberg Stadt NÜRNBERG
Nürnberg Zum Job 
Keysight Technologies Deutschland GmbH-Firmenlogo
Solution and Manufacturing Engineer for Optical Test & Measurement (m/f/x) Keysight Technologies Deutschland GmbH
Böblingen Zum Job 
Allbau Managementgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauprojektleitung (m/w/d) "Technische Projekte" Allbau Managementgesellschaft mbH
JC Jorisch Consulting Personalberatung-Firmenlogo
Sales Ingenieur (m/w/d) JC Jorisch Consulting Personalberatung
Leipzig Zum Job 
über JC Jorisch Consulting Personalberatung-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hochfrequenz / Antennensystem (m/w/d) über JC Jorisch Consulting Personalberatung
Leipzig Zum Job 
ABL GmbH-Firmenlogo
Senior Software Developer (m/w/d) eMobility ABL GmbH
Lauf / Pegnitz bei Nürnberg Zum Job 
MSG Krandienst GmbH-Firmenlogo
Technischer Projektleiter (m/w/d) für unsere Kraneinsätze MSG Krandienst GmbH
Josef Schnell GmbH-Firmenlogo
Bauleiter im Tief- und Straßenbau (m/w/d) Josef Schnell GmbH
Ladenburg Zum Job 
über JC Jorisch Consulting Personalberatung-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur FFC / FPC (m/w/d) über JC Jorisch Consulting Personalberatung
Leipzig Zum Job 
Elektror airsystems GmbH-Firmenlogo
Berechnungs-/ Projektingenieur* Antriebsstrang Elektror airsystems GmbH
Ostfildern, Waghäusel Zum Job 
Energieversorgung Main-Spessart GmbH-Firmenlogo
Projektmanager*in / Projektentwickler*in für erneuerbare Energielösungen (m/w/d) Energieversorgung Main-Spessart GmbH
Aschaffenburg Zum Job 
über JC Jorisch Consulting Personalberatung-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hochfrequenz / Antennensystem (m/w/d) über JC Jorisch Consulting Personalberatung
Leipzig Zum Job 
Elektror airsystems GmbH-Firmenlogo
Techniker* Maschinenbau oder Mechatronik (m/w/d) Elektror airsystems GmbH
Waghäusel, Ostfildern Zum Job 
über JC Jorisch Consulting Personalberatung-Firmenlogo
Sales Ingenieur (m/w/d) über JC Jorisch Consulting Personalberatung
Leipzig Zum Job 

Jetzt haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik in Freiburg zusammen mit Kollegen der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation eine Technik entwickelt, mit der sich extrem dünne Sägedrähte herstellen lassen, die den Abfall um mehrere Zehnerpotenzen reduzieren könnten. Statt feiner Fäden aus Stahl setzen sie noch viel feinere Nanoröhrchen ein. Beide werden mit Diamantpartikeln beschichtet, die die eigentliche Sägearbeit übernehmen.

Dass die Beschichtung mit Diamantpartikeln die richtige Lösung ist, war nicht nur den Freiburgern und ihren australischen Partnern klar. Die Beschichtung der Fäden aus Nanoröhrchen, die nur Mikrometer dick, mit Diamant war allerdings die große Hürde, die bisher niemand in der Welt genommen hat. Denn Diamant wächst in einer stark kohlenstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von 900 Grad Celsius. Schlimmer noch: Außer extrem hartem Diamant scheidet sich auf den Nanoröhrchen butterweicher Graphit ab. Den ätzten die Freiburger Wissenschaftler mit Wasserstoff erfolgreich weg, schädigten aber gleichzeitig die Nanoröhrchen. Ihre so dringend benötigte Festigkeit war dahin.

Eine Verunreinigung brachte die Forscher auf die richtige Spur

Da kam ihnen der Zufall zu Hilfe. Bei einem ihrer Beschichtungsversuche gab es eine Verunreinigung mit Quarzglas. Das legte sich, wie sich bei einer späteren Analyse mit einem Transmissionselektronenmikroskop der australischen Partner herausstellte, wie eine hauchdünne Schutzschicht über die Nanoröhrchen. Wasserstoff konnte ihnen nichts mehr anhaben. Außerdem erwies sich die Schutzhülle als idealer Nährboden für Diamantpartikel.

Derart geschützt musste nur noch ein Weg gefunden werden, aus den kurzen Nanoröhrchen, die wie ein winziger Wald auf einer Unterlage (Substrat) wachsen, einen Faden zu spinnen.  Das ist eine Spezialität der australischen Forscher. Es gelang ihnen, Fäden mit einem Durchmesser von 10 bis 20 Mikrometer herzustellen. Stahldrähte, die zum Zerteilen von Siliziumkristallen verwendet werden, sind bis zu zehnmal so dick, aber trotzdem nicht so fest.

Nanodrähte sind Stahldrähten überlegen

Beschichtet mit Diamant sind die Nanoröhrchen die Sägen der Zukunft, glaubt der Freiburger Physiker Manuel Mee, der die Forschungsgruppe leitet. „Die neuen Sägedrähte könnten traditionellen Stahldrähten überlegen sein, weil sie sich aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit weitaus dünner herstellen lassen und somit deutlich weniger Schnittverlust erzeugen.“ Jetzt muss nur noch die Industrie überzeugt werden, beispielsweise die Unternehmen der Solarbranche. Dass mittlerweile patentierte Verfahren wird derzeit für Sägeversuche genutzt, um der Industrie zu beweisen, dass es ein hohes Einsparpotenzial hat.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.