Untersuchung der thermischen Ausdehnung von Halbleiterschmelzen



Wissenschaftler der Universität Göttingen untersuchen die thermische Ausdehnung von Schmelzen der Halbleiter Silizium und Germanium sowie der Legierungen dieser Elemente. Die Untersuchungen werden mit Hilfe von Boden- und Parabelflugexperimenten durchgeführt. Die Forschungsergebnisse sind wichtig für das Verständnis der Vorgänge in der Schmelze und deren computergestützte Simulation. Die Halbleiterindustrie verwendet Kristalle dieser Schmelzen für die Herstellung integrierter Schaltkreise, die als Chips in fast jedem elektronischen Gerät zu finden sind. Kooperationspartner bei diesem Projekt sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln und das California Institute of Technology in Pasadena (USA).

Die Halbleiter Silizium und Germanium schmelzen erst bei Temperaturen um oder weit über 1.000 Grad Celsius und weisen eine hohe Reaktionsfreudigkeit auf. Daher können diese Schmelzen nicht in den üblichen Tiegeln untersucht werden, da sie mit jedem Tiegelmaterial eine chemische Verbindung eingehen würden. Abhilfe schaffen hier berührungsfreie Positionierverfahren, wie die elektrostatische oder die elektromagnetische Levitation. Bei der elektrostatischen Levitation wird die Materialprobe elektrisch aufgeladen und in einem großen elektrischen Feld durch elektrostatische Kräfte zum Schweben gebracht.

Die elektromagnetische Levitation hingegen wird bei dem Experiment in den Schwerelosigkeitsphasen der Parabelflüge angewendet. Die Probe wird dazu in eine elektrische Spule eingebracht. Diese sorgt in einem hochfrequenten elektromagnetischen Feld dafür, dass in der Probe Wirbelströme entstehen. Diese verusachen eine Wechselwirkung mit dem ursprünglichen Feld und lassen die Probe dadurch schweben. Während die Probe prozessiert wird, dokumentiert eine hochauflösende Kamera die Form der Probe  Anschließend werden die Bilder mit Hilfe digitaler Bildverarbeitung analysiert und die thermische Ausdehnung der Probe bestimmt. Realisiert wird diese Methode in der TEMPUS-Anlage.

Bei den DLR Parabelflügen im November 2006 werden Proben aus Silizium-Germanium-Legierungen untersucht, um ihre Positioniereigenschaften festzustellen und die thermische Ausdehnung unter Schwerelosigkeit zu messen. Diese Messungen werden anschließend mit Ergebnissen aus Bodenexperimenten verglichen.

Kontakt
Dr. Bernd Damaschke
Fakultät für Physik

I. Physikalisches Institut

Tel: +49 551 39-7623

Fax: +49 551 39-2328

E-Mail: bdamasc1@gwdg.de
Prof. Dr. Konrad Samwer
Fakultät für Physik

I. Physikalisches Institut

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