SiC-Kristalle arbeiten als Mini-Licht-Emitter

Herstellung von Dünnschichtfolgen aus Siliziumcarbid

Jena (pte011/28.06.2000/11:00)

Forscher der Universität Jena http://www.uni-jena.de/ haben Stapel dünner Schichten aus Siliziumcarbid (SiC )mit unterschiedlicher Kristallstruktur erzeugt. Das diamantharte, durchsichtige Material eröffnet neue Wege in der Halbleitertechnologie, weil es hohen Temperaturen standhält und besondere optoelektronische Eigenschaften besitzt. Es wird aber die herkömmlichen Silizium- und GaAs-Bausteine nicht ersetzen, sondern ergänzen. Ein Grund ist, dass die Herstellungsverfahren für hochreine SiC-Kristalle noch aufwendig und teuer ist.

Als erstes Anwendungsgebiet werden 'rauhe' Umgebungen ins Auge gefasst, z.B. in der Nähe von Fahrzeugmotoren. Das SiC verkraftet die dort auftretenden Temperaturen bis 600°C. Deshalb kann das Material ohne besondere Kühltechniken hohe Leistungen und Spannungen verarbeiten, z.B. als Hochspannungs-Bauelemente in der Eisenbahn oder in der Nachrichtentechnik, wenn es um ultrahohe Frequenzen und riesige Datenübertragungs-Raten geht. Si und C gehen eine sehr harte Bindung ein und entwickeln deshalb eine ungewöhnlich hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass die Prozesswärme sehr schnell abgeführt wird. Wenn in der Computertechnik die Taktfrequenz von 1 Gigahertz überschritten wird, dann kommt die Stunde des SiC.

Weitaus interessanter ist SiC wegen seiner optoelektronischen Eigenschaften. Mit Hilfe dünner Schichtstapel ist eine sehr elegante Schnittstelle zwischen der erheblich schnelleren optischen Informationsübertragung in Lichtleitfasern und der konventionellen Datenverarbeitung im Rechner konstruierbar. Die Wissenschaftler experimentieren bereits mit Si-Nanokristallen in SiC-Schichten, die als Mini-Licht-Emitter dienen sollen.

Die SiC-Schichten werden mittels Molekulastrahl-Epitaxie (MSE) erzeugt. Die Schichtdicken betragen 10 - 100 Nanometer. Über die Veränderung der Wachstumsparameter (Temperatur, Sättigungsverhältnis bei der MSE,) ist die Kristallstruktur der Schichten zu beeinflussen. SiC ist eines der wenigen Materialien, die in verschiedener Kristallform mit jeweils unterschiedlichen elektrischen und optischen Eigenschaften auftreten. Es sind über 100 Kristalltypen möglich. Die Schichten unterschiedlicher Kristallstruktur haften verspannungsfrei aufeinander, weil alle Kristallformen dieselbe Gitterkonstante besitzen. Diese Schichten können sowohl elektrischen Strom als auch Licht leiten. Informationen: Prof. Dr. Wolfgang Richter, E-Mail: richter@pinet.uni-jena.de (stpnews) (Ende)