Graphen gilt als Material der Zukunft der Halbleitertechnologie. Der zweidimensionale Kohlenstoffkristall eignet sich exzellent für die Herstellung von ultraschnellen elektronischen und photonischen Bauelementen. Um ihn für die Silizium Mikroelektronik nutzbar zu machen, suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Projekt „GRAPHICA“ nach einer Methode, den Stoff preiswert und mit hoher Qualität auf Silizium-Wafer aufbringen zu können. Das IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik ist Koordinator des ERA-NET Projektes, indem die Partner IHP, Aixtron (beide aus Deutschland) sowie ITME und Nano Carbon Ltd. (beide aus Polen) forschen.
Im GRAPHICA-Projekt wird eine Methode zur Synthese von ultra-reinen und homogenen Graphenschichten entwickelt. Graphen ist ein Kristall, der sich aus einer Monolage von Kohlenstoffatomen zusammensetzt. Dadurch zählt Graphen zu den dünnsten Materialien der Welt. Es eignet sich wegen seiner hohen Leitfähigkeit und der mechanischen Robustheit sowie wegen seiner optischen Eigenschaften exzellent für Halbleitertechnologien. Der Vorteil des neuen Synthese-Ansatzes ist die Möglichkeit der vollständigen Integration in die CMOS-Umgebung, wodurch der Weg zu zahlreichen Anwendungen von Graphen in der Elektronik, der Optoelektronik und der Sensorik geebnet wird. Das Vorhaben agiert in komplementärer Weise mit dem europäischen Projekt „Graphene Flagship“ und fungiert als Schnittstelle zwischen zwei polnischen und zwei deutschen Partnern, um ein kraftvolles Konsortium von internationalen Experten im Bereich der Graphen-Synthese und -Integration zu bilden.
„Das IHP mit seinem Standort Frankfurt (Oder) liegt in der Mitte Europas und ist gleichzeitig mit seiner Graphenforschung, die bereits im Jahr 2011 zu einem ersten Patent führte, Experte auf diesem Gebiet“, sagt Dr. Mindaugas Lukosius, der das Projekt am IHP leitet.
Der IHP-Wissenschaftler erklärt: „Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass das IHP als international anerkanntes Kompetenzzentrum für die Gruppe-IV-Halbleiterforschung die Abteilungen Materials Research, Technology, Circuit Design und System Design vereint. Komplexe Fragen zu Integrationswegen neuer Materialien in bestehende Technologien können so ganzheitlich beantwortet werden. Das zeichnet uns als Koordinator aus.“
Für eine industrielle Nutzung ist das preiswerte und gleichzeitig qualitativ hochwertige Aufbringen von Graphen auf 200- oder 300-mm-Silizium-Wafer entscheidend. Bisher werden die Schichten bei hohen Temperaturen auf Metalloberflächen (z.B. Kupfer) mittels chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt und anschließend auf die gewünschte Oberfläche übertragen. Dieses Verfahren ist aufwendig, teuer und mit zusätzlichen Verunreinigungen verbunden. Die Methodenentwicklung für die Abscheidung von defektfreiem Graphen ohne Metallkontaminationen auf beliebigen Oberflächen würde einen zentralen Durchbruch zur Nutzung von Graphen in der Mikroelektronik bedeuten.
„GRAPHICA“ vereint als ERA-NET-Projekt deutsche und polnische Partner im europäischen Forschungsraum (European Research Area: ERA). Ziel ist die gemeinsame Erarbeitung von Standards und Herangehensweisen sowie die Bündelung vorhandener Ressourcen. Das im Mai 2015 begonnene Projekt „GRAPHICA“ läuft bis 2018 und wird mit insgesamt rund 1,5 Mio. Euro gefördert.
Kontakt:
Dr. Mindaugas Lukosius
IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Tel: +49 335 5625 717
Fax: +49 335 5625 681
E-Mail: lukosius(at)ihp-microelectronics.com
Weitere Informationen:
http://www.ihp-microelectronics.com/en/departments/materials-research IHP-Abteilung "Materials Research"
http://www.aixtron.com AIXTRON SE
http://www.itme.edu.pl ITME
http://www.nano-carbon.pl Nano Carbon Ltd.
