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Die Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, mit der sich Kristalle für technische Anwendungen in besserer Qualität und kostengünstiger herstellen lassen. Eine erste Anlage befindet sich bereits in der industriellen Erprobung.
Das Team um Prof. Peter Rudolph vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) erhält für die Entwicklung einer neuen Methode zur Züchtung von Halbleiterkristallen den Innovationspreis Berlin-Brandenburg. Mit ausgezeichnet werden das Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) sowie die Firmen Steremat Elektrowärme GmbH aus Berlin und Auteam Industrie-Elektronik GmbH aus Brandenburg.
Kristalle - das sind nicht nur Schmuckstücke, sondern sie spielen in der Technikwelt eine wichtige Rolle. Wissenschaftlich steht der Begriff Kristall für perfekt angeordnete Atome in einem Festkörper. Handys, Laser, Leuchtdioden - sie alle funktionieren nur, weil in ihnen Bauelemente stecken, die auf hochregelmäßigen Halbleiterkristallen wie Silizium oder Galliumarsenid basieren. Solche Kristalle werden in der Industrie in großem Maßstab in aufwändigen Verfahren "gezüchtet". Dabei kühlt eine Schmelze langsam und kontrolliert ab, die Atome können sich so Schicht für Schicht ganz gleichmäßig aneinander lagern. Dieses Züchtungsverfahren konnten die Forscher im Rahmen des Projektes KristMAG (Kristallzüchtung im wandernden Magnetfeld) jetzt um einen entscheidenden Schritt verbessern. Die Forscher nutzten in ihren Anlagen wandernde Magnetfelder, um in der Schmelze die Strömungsintensität zu verringern. Wie in jedem Kochtopf so entstehen auch in einer Schmelze Strömungen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeverteilung. Bewegliche Magnetfelder können diesen Strömungskräften entgegenwirken, die Schmelze kann gleichmäßiger kristallisieren.
Das Prinzip ist eigentlich nicht neu, im Vergleich zu anderen Kristallzüchtern hatten die Forscher aber die entscheidende Verbesserungsidee: Sie ordneten die Magnetfeldgeneratoren nicht mehr außen um die Schmelzöfen an, sondern entwickelten Heizspulen, mit denen sich gleichzeitig Magnetfelder erzeugen lassen. "Da das Magnetfeld unmittelbar in den Schmelztiegel eingekoppelt wird, brauchen wir nur noch relativ geringe Feldstärken. Äußere Magnetfelder müssten sehr stark sein, um bis nach innen zu dringen und würden die Kosten für eine Züchtungsanlage etwa verdoppeln", sagt Rudolph. Der Trick: Die Heizspulen erzeugen über Gleichstrom Wärme, ein darüber gelagerter Wechselstrom erzeugt die wandernden Magnetfelder. Möglich machten dies die Industriepartner des Projektes, die ein ausgefeiltes Leistungs- und Steuerungssystem entwickelten. Mithilfe der Numerik modulierten zuvor Mathematiker des WIAS und Ingenieure des IKZ in Kooperation mit der Leibniz-Universität Hannover die Anlage und die physikalischen Prozesse in 3D am Computer.
Im Ergebnis können solche Züchtungsanlagen reinere Kristalle in höherer Ausbeute liefern. Dies hat auch die Industrie erkannt, die Forscher erhielten Anfragen aus aller Welt. Die erste Anlage der Kristallzüchter befindet sich bereits in der industriellen Erprobung. Besonderes Interesse zeigte auch die Solarindustrie an dem Verfahren. Um es auf die Herstellung von Solarsilizium anzuwenden, starteten die IKZ-Forscher deshalb bereits ein weiteres Projekt.
Für Prof. Rudolph ist die Auszeichnung vor allem auch die Würdigung einer hervorragenden Teamarbeit: "Dies war nur möglich, weil es uns gelungen ist, exzellente Spezialisten verschiedener Fachgebiete aus den Regionen Berlin und Brandenburg in dem Projekt zusammenzuführen. Ich freue mich riesig über diesen Erfolg."
Der Direktor des IKZ, Prof. Roberto Fornari, sagte: "Die Umsetzung einer guten Idee in ein Produkt, welches schon innerhalb von drei Jahren auf den Markt kommt, ist vorbildlich - für unsere und weitere Forschungsbereiche."
Kontakt: Prof. Dr. Peter Rudolph, Email: rudolph@ikz-berlin.de, Tel. : +49-(0)30-6392 3034, www.ikz-berlin.de
Weitere Informationen:
Pressemitteilung (mit Foto) vom 24.6.2008
http://www.fv-berlin.de/pm_archiv/2008/21-kristalle.html
Pressemitteilung vom 11.7.2008
http://www.fv-berlin.de/pm_archiv/2008/22-bewegteschmelze.html
http://www.innovationspreis.de
Criteria of this press release:
Materials sciences, Mathematics, Physics / astronomy
regional
Contests / awards, Research results
German
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