Halbleiter: Graphen als „Kopiermaschine“ einsetzbar

MIT-Forscher zeigen neue Produktionstechnik für Hochleistungsbauteile. [...]

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen neuen Ansatz entwickelt, der die Produktion von Hochleistungs-Halbleiterbauteilen deutlich verbilligt. Geräte können damit zudem aus verschiedenen, weitaus exotischeren Materialien als Silizium hergestellt werden – dank Graphen. Die Forscher nutzen die Kohlenstoffschichten des Materials als „Kopiermaschine“, um komplizierte kristalline Strukturen von einer darunterliegenden Halbleiterscheibe auf eine darüberliegende Schicht desselben Materials zu übertragen.

„Branche steckt bei Silizium fest“
„Beim herkömmlichen Produktionsprozess von Halbleitern werden Wafer – knapp einen Millimeter dünne runde Scheiben aus einem Halbleitermaterial, die die Basis für integrierte Schaltungen bilden – so stark auf die Halbleiter gepresst, dass es fast unmöglich ist, sie wieder voneinander zu trennen, ohne dabei beide Teile zu beschädigen“, so MIT-Assistant-Professor Jeehwan Kim. Letztendlich werde der Wafer dadurch geopfert. „Er wird zu einem Teil des Geräts“, erklärt der Experte das innovative Verfahren.

Dank der neuen Methode gehöre dieses Problem aber der Vergangenheit an. „Mithilfe unserer Technik können die Hersteller Graphen als dazwischenliegende Schicht nutzen, die es ihnen erlaubt, den Wafer und seine spezifische Struktur zu kopieren und viele Male wiederzuverwenden“, erläutert Kim. Das helfe nicht nur, Kosten zu sparen, sondern verschaffe den Unternehmen auch mehr Möglichkeiten, mit anderen Halbleitermaterialien zu experimentieren. „Die Branche steckt im Moment bei Silizium fest. Wir wissen aber, dass es leistungsmäßig durchaus bessere Halbleiter gibt. Bislang waren wir nur nicht in der Lage, diese auch einzusetzen“, so der MIT-Forscher.

Funktioniert bereits in der Praxis
Im Rahmen von Labortests konnten Kim und sein Team bereits zeigen, dass ihr Ansatz funktioniert. Dabei platzierten sie ultradünne, kaum wahrnehmbare Schichten aus Graphen in der Mitte eines „Sandwiches“ aus Wafer und Halbleiterbeschichtung. Anschließend war es ihnen möglich, die kristalline Struktur des Wafers auf den Halbleiter zu übertragen, danach die Graphenschicht wieder zu entfernen und das gewünschte Muster auf eine beliebige Zahl weiterer Halbleiter zu kopieren. „Das Ganze funktionierte auch bei exotischeren Materialien wie Indiumphosphid, Galliumarsenid oder Galliumphosphid“, schildert Kim.