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Forscher: Strom kann Quarz in Silizium umwandeln

Japanische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur einfacheren Herstellung von Silizium entwickelt, bei der die Ausgangsprodukte nicht auf hohe Temperaturen erhitzt werden müssen. Die Sauerstoffatome einer gewöhnlichen Quarzplatte werden einfach durch einen elektrischen Strom abgelöst, so dass reines Silizium zurückbleibt. Das berichten die Forscher im Fachmagazin Nature Materials (doi:10.1038/nmat900 Vorabdruck der Juniausgabe). Allerdings muss das auf diese Weise erzeugte Silizium noch durch herkömmliche Verarbeitungsprozesse in seine kristalline Form umgewandelt werden, bevor es für Schaltkreise in Computerchips eingesetzt werden kann.

Das von Toshiyuki Nohira und seinen Kollegen von der Universität Kyoto entwickelte Verfahren zur Erzeugung von Silizium ist denkbar einfach. Zunächst tauchen die Forscher eine dünne Quarzplatte (Siliziumdioxid) in eine auf 850 Grad Celsius erwärmte Salzlösung. Danach wird ein dünner Metalldraht in die Lösung getaucht, so dass dessen Spitze die Quarzplatte berührt. Wenn nun ein Strom durch den Draht geleitet wird, so werden die Sauerstoffatome des Quarzes in der Umgebung der Kontaktstelle ionisiert. Dadurch lösen sie sich ab und gehen Verbindungen mit den Salzionen ein.

Da Silizium den elektrischen Strom leitet, kann sich dieser nun mehr und mehr durch das Quarz ausbreiten und dieses in Silizium umwandeln. Dazu muss der Metalldraht nur lange genug mit der Platte in Kontakt sein. Die Forscher weisen daruf hin, dass mit ihrer Methode sowohl punktförmige Siliziumkontakte in einer isolierenden Quarzschicht als auch ganze Siliziumplatten erzeugt werden können.

Die geometrische Struktur des Siliziums ist allerdings noch nicht kristallförmig ? dazu müssen noch weitere, in der Halbleiterindustrie wohlbekannte Verfahren eingesetzt werden. Nohira betont allerdings, dass seine Methode im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren der Siliziumgewinnung aus Quarz ohne Schmelzprozesse auskommt. Somit könnte die Strommethode sowohl großflächig in der Industrie als auch im Labor zur einfachen Erzeugung von Silizium eingesetzt werden.

Um die für die Herstellung von Computerchips so wichtigen Siliziumscheiben ? so genannte Wafer ? zu erzeugen, muss das in der Natur vorhandene Siliziumdioxid (Quarz) zunächst in Silizium umgewandelt werden. Dazu wird das Siliziumdioxid gewöhnlich bei einer Temperatur von etwa 1.700 Grad Celsius geschmolzen und dann mit Kohlenstoff versetzt. Dadurch bildet sich Silizium in der Schmelze aus, das dann in weiteren Verarbeitungsschritten gereinigt und schließlich auskristallisiert wird.

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Stefan Maier
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