Silizium

Forschungsthemen

Wir betreiben angewandte Forschung zur Herstellung von Silizium für Anwendungen in der Leistungselektronik und der Photovoltaik. Im Bereich der Leistungselektronik achten wir besonders auf die Bildung von Versetzungen und Punktdefekten bei der Herstellung von Siliziumkristallen nach dem Czochralski Verfahren mit extrem niedrigem und hohem spezifischen elektrischen Widerstand, bei der Epitaxie und bei weiteren Verarbeitungsschritten.

Unsere Wissenschaftler unterstützen die Entwicklung der nächsten Generation von Czochralski Ziehanlagen und -Prozessen. Dies geschieht insbesondere im Hinblick auf niedrige Produktionskosten, höhere Durchsatzraten und bessere Materialqualität durch experimentelle Analyse und numerische Simulation. Darüber hinaus entwickeln, testen und untersuchen wir innovative Tiegel- und Beschichtungsmaterialien, neue Ofeneinbauten, alternatives Ausgangsmaterial und das Recycling von Siliziumabfällen.

Zusätzlich analysieren wir die Kristallwachstumsphänomene unter Verwendung von Mikrogravitationsbedingungen. Hier liegt unser Fokus auf dem Einbau von Partikeln und auf Phänomene des Facettenwachstums.

Services

Wir führen Kristallzüchtungsversuche in speziellen F&E-Öfen im eigenen Haus und bei Partnern durch. Wir sind mit einer sog. Sessile Drop Anlage ausgestattet, die sich hervorragend zur Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Schmelze und Tiegel eignet. Darüber hinaus beschichten wir Tiegel, Substrate und andere Ofenkomponenten.

Die Infrastruktur des IISB umfasst eine Reihe von Charakterisierungswerkzeugen. Mit Hilfe dieser ergibt sich die Möglichkeit, die Form der Fest-Flüssig-Grenzfläche, die Korngröße und Kornorientierung multikristalliner Proben im gesamten Wafer-Maßstab zu messen. Des Weiteren erlaubt unsere XRT-Anlage (Röntgentopographie) die vollflächige, zerstörungsfreie Untersuchung von strukturellen Defekten in Substraten, Epischichten und teil prozessierten Wafern (bis zu 300 mm).

Um ein vertieftes Verständnis der Wärme- und Stofftransportprozesse zu erlangen, einschließlich der Steuerung des Schmelzflusses durch Magnetfelder, nutzen wir intensiv die numerische Simulation und entwickeln und wenden Techniken zur in-situ Messung der Temperaturen und der Position der Fest-Flüssig-Grenzfläche während des Kristallwachstums an.

© Fraunhofer IISB
Siliziumkristalle werden in speziellen RF&DE-Öfen gezüchtet.
© Fraunhofer IISB
Analyse des Benetzungsverhaltens von Silizium und anderen Schmelzen nach der Sessile Drop-Methode.
© Fraunhofer THM
Analyse der physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften von Silizium und anderen Halbleitermaterialien.

Weitere Forschungsgebiete am IISB

Die gesamte Wertschöpfungskette der Leistungselektronik