Neue Option für Halbleiter-Technik

Physiker der Universität Jena haben weltweit erstmalig gezielt Stapel dünner Schichten aus Siliziumcarbid (SiC) mit unterschiedlicher Kristallstruktur erzeugt. Das diamantharte, durchsichtige Material eröffne neue Wege in der Halbleitertechnologie, weil es großen Temperaturen standhalte und zudem besondere optoelektronische Eigenschaften besitze. Es werde aber in der Chipindustrie herkömmliche Silizium- und Galliumarsenidbausteine voraussichtlich nicht verdrängen, sondern lediglich ergänzen. Als erstes Anwendungsgebiet für SiC-Chips haben die Physiker so genannte „raue Umgebungen“ ins Auge gefasst. Etwa für die Mess- und Steuerelektronik in der Nähe von Fahrzeugmotoren eigne sich das neue Material weit besser als konventionelles Silizium, weil es erheblich höhere Temperaturen – bis 600 °C – verkrafte. Dank dieser Eigenschaft können auch ohne besondere Kühltechniken sehr hohe Leistungen und Spannungen verarbeitet werden – zum Beispiel in Hochleistungs-Hochspannungs-Bauelementen in der Eisenbahn oder auch in der Nachrichtentechnik, wenn es um ultrahohe Frequenzen und riesige Datenübertragungsraten geht.
Die vergleichsweise kleinen Silizium- und Kohlenstoffatome 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 Gigahertz-Taktfrequenz überschritten wird, könnten Siliziumcarbid-Chips zum Einsatz in ultraschnellen Transistoren kommen.
Weitaus interessanter wird SiC aber wegen seiner optoelektronischen Eigenschaften eingeschätzt. Mit der Hilfe dünner Schichtstapel sei eine sehr elegante Schnittstelle zwischen der erheblich schnelleren optischen Informationsübertragung in Lichtleitfasern und der konventionellen elektronischen Datenverarbeitung im Rechner konstruierbar. Die Physiker experimentieren bereits mit Silizium-Nanokristallen in Siliziumcarbid-Schichten, die als Mini-Lichtemitter dienen sollen.

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