Christoph Wilflingseder von der Johannes-Kepler-Universität Linz hat im Rahmen seiner Masterarbeit gezeigt, dass sich mit dem Ultrahochvakuumverfahren Molekularstrahlepitaxie (MBE) neuartige Elektronikbauteile realisieren lassen, die schneller sind als die bisher üblichen Siliziumhalbleiter.
Bei der MBE wird ein Quellenmaterial (z. B. Germanium) erhitzt, verdampft und ein atomarer Strahl erzeugt. Dieser trifft auf ein geheiztes Siliziumsubstrat und die Atome ordnen sich in dessen Kristallstruktur an, wodurch im besten Fall kristalline Schichten entstehen.
Leider lässt sich Germanium nur schwer direkt auf Silizium aufwachsen, weil die Germanium-Atome in kristalliner Form weiter auseinanderliegen als die Silizium-Atome. Bei herkömmlichen Methoden unter großer Hitze von mehr als 500 Grad Celsius bildet das Germanium statt ebener Schichten „Hügelchen“ auf der Silizium-Oberfläche, sogenannte Quantenpunkte. Bisher gab es keine praktikable und wirtschaftliche Methode, das Problem zu lösen.
Wilfingseder verwendete für seine Arbeit ungewöhnlich niedrige Substrattemperaturen von 100 bis 300 °C.
„Es ist uns gelungen, kristalline Germaniumschichten mit einer Schichtdicke von bis zu vier Nanometern zu erzeugen“, so der Physiker. Störende Quantenpunkte traten nicht auf, allerdings können auch hier leichte strukturelle Defekte auftreten.
Dennoch konnte das mit der neuen Methode gewonnene Material erfolgreich zur Herstellung neuartiger Elektronikbauteile, wie beispielsweise eines rekonfigurierbaren Feldeffekt-Transistors, verwendet werden. Wilflingseder ist daher optimistisch: „Das Potenzial der Germaniumschichten auf Siliziumsubstraten bei ultraniedrigen Wachstumstemperaturen ist noch nicht ausgeschöpft. Wenn es gelingt, die Defekte zu verringern, öffnet sich hier wirklich die Möglichkeit für einen Durchbruch zum Bau noch leistungsfähigerer Computer!.”
Wilflingseders Masterarbeit ist einer von drei Beiträgen, die am 24. September im Finale des Macke-Awards stehen. (jr)
Schlagwörter: Molekularstrahlepitaxie (MBE), JKU, Halblbeitertechnologie,
