Revolutionäre Kristallzüchtung: 20-kW-Lasersystem für hochreine Halbleiter

Eine Entwicklung in der Halbleiterforschung, die von Forschenden aus Japan und Deutschland vorangetrieben wurde, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Herstellung hochreiner Kristalle dar. Mit einem 20-kW-Lasersystem ermöglicht diese Methode die Produktion von Halbleiterkristallen, die in der Leistungselektronik von Elektroautos und in der Photovoltaikindustrie essenziell sind.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung eines innovativen 20-kW-Lasersystems gespielt, das zur Herstellung hochreiner Halbleiterkristalle eingesetzt wird. Dieses System nutzt das Laser-Diode-Floating-Zone-Verfahren (LDFZ), eine fortschrittliche Technik, die gegenüber herkömmlichen, tiegelbasierten Methoden wie dem Czochralski- oder Edge-Defined-Film-Fed-Growth-Verfahren erhebliche Vorteile bietet. Das LDFZ-Verfahren ermöglicht eine höhere Reinheit der Kristalle, da es die Schmelzverunreinigung durch Tiegelmaterial vermeidet, indem es Strahlung anstelle von direkter Wärmeübertragung verwendet.

Das ILT-Team entwickelte eine spezielle Hochleistungsoptik, um die vom Laser emittierte Strahlung effizient zu nutzen. Diese Optik teilt die Strahlung in fünf Teilstrahlen auf, die durch wassergekühlte Spiegel umgelenkt werden, um den Kristall gleichmässig zu erhitzen. Diese präzise Steuerung der Laserstrahlung führt zu einem effektiveren und genauer kontrollierten Heizprozess im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.

Die Implementierung des Systems wurde durch eine deutsch-japanische Kooperation erreicht. Die Optik wurde in Aachen entwickelt und getestet. Anschliessend wurde sie nach Japan überführt. Dort arbeitete Dr. Toshimitsu Ito vom National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) mit dem System, um Galliumoxid-Kristalle von bis zu 30 mm Durchmesser zu züchten – die bisher grössten Kristalle, die mit einem tiegelfreien Verfahren produziert wurden.

Das Projekt markiert einen Meilenstein in der Materialwissenschaft. Die Ergebnisse bieten nicht nur neue Möglichkeiten in der Halbleiterfertigung, sondern eröffnen auch Perspektiven für die Herstellung anderer Metalloxide. Zukünftige Forschungen zielen darauf ab, das Verfahren für die Herstellung optischer Kristalle zu adaptieren, was das Potenzial dieser Technologie weiter unterstreicht.

Weitere Informationen unter:
https://idw-online.de/de/image?id=388745&size=screen