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24. Februar 2018

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Extrem klein und extrem widerstandsfähig

Extrem klein und extrem widerstandsfähig© TU Wien

TU Wien entwickelt neue Bearbeitungsmethode für Sensortechniken und Halbleiter. Poröse Strukturen aus Siliziumcarbid bringen neue Möglichkeiten für mikro- und nanotechnisch hergestellte Sensoren und Elektronikkomponenten, aber auch für integrierte Spiegelelemente, die bestimmte Farben filtern.

Sie sehen aus wie ein Schwamm im Nano-Format: Extrem feine poröse Strukturen mit winzigen Löchern und die kann man heute aus Halbleitern herstellen. Das bringt neue Möglichkeiten winzige Sensoren zu bauen oder ungewöhnliche optische und elektronische Bauteile zu konstruieren. Schon bisher gab es dazu Experimente mit porösen Strukturen aus Silizium.
An der TU Wien gelang es nun, ein Verfahren für die kontrollierte Herstellung von porösem Siliziumcarbid zu entwickeln. Siliziumcarbid hat entscheidende Vorteile gegenüber Silizium: Es ist chemisch widerstandsfähiger und kann deshalb ohne zusätzliche Beschichtung etwa für biologische Anwendungen eingesetzt werden.

Kontrolle über die Lichtbrechung
„Aus einem soliden Stück eines Halbleitermaterials eine poröse Struktur mit unzähligen Nano-Löchern zu machen, liefert uns eine ganze Reihe spannender technischer Möglichkeiten“, erläutert Markus Leitgeb vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. Er entwickelte die neue Materialbearbeitungstechnik im Rahmen seiner Dissertation bei Ulrich Schmid in Zusammenarbeit mit der Carinthian Tech Research (CTR) und gefördert durch das Competence Center for Excellent Technologies (COMET) Programm des Wirtschaftsministeriums.
Die neue Methode kann in der Sensorik sehr nützlich sein, wo beispielsweise der Brechungsindex von winzigen Flüssigkeitsmengen mit einem porösen Halbleiter-Sensor gemessen und so unterschiedliche Flüssigkeiten zuverlässig voneinander unterschieden werden können. Eine andere Möglichkeit ist, ganz gezielt bestimmte Bereiche des Materials zunächst porös zu machen, mit einer neuen Schicht zu überwachsen und dann kontrolliert zusammenfallen zu lassen – so kann man Mikro- und Nanostrukturen herstellen, die ebenfalls für die Sensorik eine wichtige Rolle spielen.

Entscheidend ist die Wahl des Ausgangsmaterials
Entscheidend bei all diesen Techniken ist jedoch die passende Wahl des Ausgangsmaterials. „Bisher wurde dafür Silizium verwendet, ein Material, mit dem man einfach bereits sehr viel Erfahrung hat“, so Ulrich Schmid. Doch Silizium hat auch entscheidende Nachteile: Unter harten Umgebungsbedingungen, etwa bei großer Hitze oder in basischen Lösungen, werden Strukturen aus Silizium angegriffen und schnell zerstört.
Für biologische oder elektrochemische Anwendungen sind Sensoren aus Silizium deshalb oftmals nicht brauchbar. An der TU Wien versuchte man daher ähnliches mit dem chemisch deutlich robusteren und biokompatiblen Halbleiter Siliziumcarbid zu erreichen. „Wir haben gezeigt, dass man mit unserem neuen Verfahren die Porosität von Siliziumcarbid auf mikroskopischer Skala zuverlässig kontrollieren kann“, betont Ulrich Schmid. „Diese Technologie verspricht viele Anwendungsmöglichkeiten, von Anti-Reflex-Beschichtungen über optische oder elektronische Bauteile und spezielle Biosensoren bis hin zu widerstandsfähigen Superkondensatoren.“

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red/cc, Economy Ausgabe Webartikel, 30.01.2018