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ETH Zürich

Überraschend verformbares Silizium

10. Juni 2020, 15:10 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Frappierende Ergebnisse / Anwendungen im Handy

Die Ergebnisse waren frappierend: Die mit einem Ionenstrahl gefrästen Säulen brachen schon bei einer Breite von weniger als einem halben Mikrometer ein. Bei den per Lithographie-Verfahren hergestellten Säulen dagegen kam es erst bei Breiten über vier Mikrometern zu Sprödbrüchen, dünnere Exemplare konnten der Belastung aber weitgehend widerstehen. »Diese lithographischen Siliziumsäulen sind noch verformbar selbst bei zehnfach größeren Dimensionen, als wir sie bei mit Plasma gefrästem Silizium mit derselben Kristallrichtung beobachten konnten – und das bei doppelter Festigkeit«, fasst Wheeler die Ergebnisse seiner Experimente zusammen.

Die Festigkeit der lithografisch erzeugten Säulen erreichte sogar Werte, die man sich eigentlich nur theoretisch, also für ideale Kristalle, erwarten würde. Der Clou, so Wheeler, liegt in der absoluten Reinheit der Säulenoberflächen, die mit der abschließenden Reinigung erreicht wird. Dadurch bleiben wesentlich weniger Oberflächendefekte übrig, von denen ein Bruch im Material ausgehen kann. Mit Unterstützung von Alla Sologubenko, einer Forscherin am Mikroskopie-Zentrum ScopeM der ETH, konnten die Forscher dank dieser zusätzlichen Verformbarkeit auch eine auffällige Änderung der Verformungsmechanismen bei kleinen Dimensionen beobachten. Dies brachte neue Details zur Verformung von Silizium ans Licht.

Anwendungen in Handys

Die Resultate der ETH-Forschenden könnten sich direkt auf die Herstellung von Silizium-Mikrosystemen auswirken, meint Wheeler: »In Handys eingesetzte Gyroskope, die Drehungen des Gerätes nachweisen, könnten so noch kleiner und robuster werden.« Das sollte nicht allzu schwierig zu realisieren sein, da die Industrie bereits jetzt die von Wheeler und Kollegen untersuchte kombinierte Ätz- und Reinigungsmethode verwendet.

Diese sollte auch für andere Materialien mit ähnlicher Kristallstruktur wie der von Silizium anwendbar sein, vermuten die Forscher. Zudem könnte man mit elastischerem Silizium auch dessen elektrische Eigenschaften für bestimmte Anwendungen weiter verbessern. Durch eine starke Verspannung des Halbleiters kann nämlich die Beweglichkeit seiner Elektronen erhöht werden, wodurch sich beispielsweise kürzere Schaltzeiten erreichen lassen. Während dazu bislang Nanodrähte hergestellt werden mussten, könnte man dies nun direkt mit im Halbleiterchip integrierten Strukturen schaffen.