Ein neues Verfahren revolutioniert Design und Aufbau von Bauelementen, zum Beispiel Chips: Mit der so genannten Hochenergie- Ionenimplantation ist es erstmals möglich, elektronische Schaltkreise nicht nur auf ihrer Oberfläche, sondern auch in tiefen Materialschichten zu bearbeiten und zu modifizieren. Diese neuartige Anwendung aus der Nanoforschung erlaubt eine kostengünstigere Produktion von elektronischen Chips und Geräten.
Das Verfahren haben Forscher der Ruhr-Universität Bochum im Dynamitron-Tandem-Laboratorium (DTL) entwickelt. In Zusammenarbeit mit den Firmen Prema und Semikron gelang es, diese Technologie nun zu nutzen, um die Spannungsfestigkeit von Leistungsbauelementen deutlich zu verbessern. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat dieses Projekt von April 2000 bis September 2003 mit insgesamt 3,5 Millionen Euro gefördert.
Der wesentliche Prozessschritt bei diesem neuen Verfahren ist die Ionenimplantation mit Hochenergie: Das Verfahren beschleunigt Ionen auf Energien von mehreren Millionen Elektronenvolt, so dass diese tief in ein Material eindringen, um es gezielt zu verändern. Forscher der RUB um Jan Meijer nutzen das so genannte Tandem-Beschleuniger- Prinzip: Zuerst entstehen negative Ionen durch eine Plasma-Entladung beziehungsweise einen geeigneten „Sputterabtrag“, die mithilfe von magnetischen und elektrostatischen Feldern geformt werden. Diese Ionenströme werden dann durch eine positive Spannung von bis zu 4 Millionen Volt in einer durch Isoliergas gesicherten Anlage angezogen und damit beschleunigt.
Nun bedienen sich die Forscher eines Tricks: Durch gezielte Stöße mit Gasatomen laden sie die Ionen um, die nun positiven Ionen werden von der gleichen Spannung abgestoßen. Die in einem sehr komplexen Verfahren erzeugte Hochspannung wird somit ein zweites Mal genutzt, daher der Name Tandem-Beschleuniger.
Selbst schwere Ionen können so Geschwindigkeiten von 100 Millionen Stundenkilometer erreichen und beim Auftreffen auf ein Substrat mehrere Mikrometer tief eindringen. Im Fall von Halbleiterbauelementen ermöglicht es diese Technik, vergrabene Bauelemente herzustellen. Die Ionen sind dabei so schnell, dass sie darüber liegende funktionelle Schichten durchdringen können, ohne diese zu schädigen. Diese Methode erlaubt es, ein Substrat dreidimensional zu verändern und im Design und Aufbau von Bauelementen neue Wege zu gehen.
(Ruh-Universität Bochum, 22.12.2004 – NPO)
