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  • 13. Dezember 2011

    Reinraum am Institut für Halbleiterphysik in Linz – Interview mit Univ.-Prof. Dr. Friedrich Schäffler (2)

    Im zweiten Teil des Interviews mit Univ.-Prof. Dr. Friedrich Schäffler geht es um attraktive Optionen im Bereich Automobiltechnik, On-Wafer-Meßeinrichtungen, Partikelfreiheit im Reinraum und einem möglichen Reinraumneubau für die Johannes Kepler Universität Linz

    Molekularstrahl Epitaxieanlage

    Beladeschleuse einer Molekularstrahl-Epitaxieanlage für Silizium und Germanium im Reinraum des Instituts für Halbleiterphysik in Linz. (Foto: Institut für Halbleiterphysik Linz)

    Herr Prof. Schäffler, am Institut für Halbleiterphysik in Linz gibt es auch Einrichtungen zur Herstellung von Prototyp-Bauelementen. Hier werden vor allem auch Problematiken innerhalb der Automobilindustrie angesprochen?

    Für das angesprochene IRoN-Projekt entwickeln wir Lichtquellen im mittleren Infrarotbereich (Wellenlängen 2 – 10µm), insbesondere auch Laser. Dabei geht es derzeit noch überwiegend um Grundlagenforschung, vor allem auf der Materialseite. Als Stichwort sei „selbstorganisiertes Wachstum“ genannt, bei dem während der kristallinen Abscheidung von Halbleiter-Heterostrukturen bereits eine laterale Nanostrukturierung erfolgt. Derartige Prozesse haben wir sehr intensiv in mehreren Materialsystemen untersucht, und wir sind jetzt soweit, dass wir Prototypen von Lasern herstellen können. Da, wie oben erwähnt, die emittierten Wellenlängen im Bereich der Molekülabsorptionsbande liegen, scheint eine künftige Verwendung als Abgassensor im Bereich Automobiltechnik eine überaus attraktive Option zu sein. Wegen der derzeitig hohen Systemkosten für derartige Sensoren wird in Deutschland eine Abgasuntersuchung nur alle 2 Jahre im Rahmen der vorgeschriebenen Kfz-Überprüfung durchgeführt. Stehen erst einmal kleine und günstige Sensoren zur Verfügung, könnte die Abgasüberwachung während des laufenden Betriebs erfolgen und das Sensorsignal gleich als Regelgröße in die Motorelektronik eingespeist werden.

    Weiterhin verfügt das Institut über sogenannte On-Wafer-Mess-Einrichtungen. Womit genau befassen Sie sich hierbei in Hinblick auf Bauelemente und deren Prozessschritte?

    On-Wafer- Meßeinrichtungen dienen zur Prozeßkontrolle. Man misst dabei nach jedem Prozeßschritt charakteristische elektrische Parameter, z.B. Widerstand und Kapazität, um Prozeßfehler bereits frühzeitig zu erkennen. On-Wafer bezieht sich darauf, dass die Halbleiterstrukturen noch nicht komplett fertig prozessiert sind, also noch auf einem gemeinsamen Wafer angeordnet sind. Würde man erst am fertigen Bauelement messen, wäre es bei der Vielzahl von Prozeßschritten fast unmöglich, einzelne Prozeßfehler zu identifizieren.

    Zusätzlich verfügt das Institut für Mikroelektronik des Fachbereichs Mechatronik über einen weiteren, etwas kleineren Reinraum. Experten und Studenten befassen sich hier mit Abscheide- und Strukturierungseinrichtungen für die Herstellung von Hochfrequenzbauelementen. Worin liegt die Zielstellung?

    Das Institut für Mikroelektronik und Mikrosensorik war ursprünglich ein Hochfrequenzinstitut im Fachbereich Mechatronik und wurde im Rahmen der letzten Nachbesetzung um die Sensorik-Komponente erweitert. Am ursprünglichen Institut wurden im dort betriebenen Reinraum auch Halbleiterheterostrukturen abgeschieden. Inzwischen wird dieser Reinraum hauptsächlich für Strukturierungsaufgaben im Bereich der Sensorik – gerade auch für den Automobilbereich – eingesetzt.

    Welche Vorhaben möchte das Institut in Hinblick auf Technische Sauberkeit mittel- und langfristig ansteuern und durchführen?

    Single Elektron Transistor

    Elektrodenanordnung auf dem Prototypen eines Single-Elektron-Transistors (SET) (Foto: Institut für Halbleiterphysik Linz)

    Technische Sauberkeit ist bei uns kein Selbstzweck und auch kein eigenes Forschungsthema sondern eine unabdingbare Voraussetzung für unsere Forschung im Bereich der Halbleiterheterostrukturen und der Nanostrukturierung. Im Bereich der universitären Forschung wird man immer auch in einem gewissen Maß Geräte und Einrichtungen vorfinden, die nicht den Industriestandards hinsichtlich Reinraumtauglichkeit entsprechen. Wir unterhalten deshalb unterschiedliche Reinraumklassen, angepaßt an den Verwendungszweck und die benötigten Geräte.

    Die höchste Reinraumklasse (Klasse 100) ist für die Elektronenstrahl-Lithographie, die Nanoimprint-Lithographie und das Wafer-Bonding reserviert. Für alle drei Einrichtungen ist Partikelfreiheit oberstes Gebot. Die niedrigste Reinraumklasse (10000) herrscht im Bereich der Molekularstrahl-Epitaxieanlagen für die Abscheidung von Halbleiterheterostrukturen. Diese Anlagen wurden ursprünglich nicht für Reinräume gebaut und haben erhöhte Partikelemissionen während der Konditionierung. Diese Räume – und zwei weitere der Klasse 1000 – sind voneinander abgetrennt, für die Prozessierung müssen aber Wafer zwischen den Räumen bewegt werden. In der Halbleiterindustrie wurde dieses Problem durch sog. SMIF-(standard mechanical interface)-Boxes gelöst, das sind hermetisch dichte Behälter, in denen Kassetten mit Wafern zwischen den einzelnen, ebenfalls hermetisch dichten Bearbeitungsgeräten transportiert werde. Eine derartige Standardisierung ist bei der bei uns eingesetzten Vielzahl unterschiedlicher Geräte schwer vorstellbar und sicher nicht wirtschaftlich. Dennoch denken wir über Lösungen nach, bei denen wir unsere Proben in Transportbehältern mit einem sogenannte Mini-Environment – sprich unter lokalen Reinraumbedingungen – zwischen den Geräten und Reinraumklassen bewegen.

    Welche Wünsche bzw. Forderungen stellen Sie hinsichtlich der Thematiken Sauberfertigung und Technische Sauberkeit an die Zukunft?

    Längerfristig steht an der JKU ein Reinraumneubau an, der den aktuellen Entwicklungen und den neuen Herausforderungen der Nanotechnologie angepaßt sein wird. Ein derartiger Reinraum wird wohl nicht mehr einem einzelnen Institut zugeordnet sein sondern als zentrale Einrichtung des Nanoscience and –technology Schwerpunktes der Johannes Kepler Universität betrieben werden. Die interdisziplinäre Nutzung wird dann durch eine geplante Beteiligung des Mechatronik-Fachbereichs auch eine stärkere Anwendungsorientierung erhalten.

     

    Weitere Interviews:

    Reinraumtechnik – Interview mit Dr. Lothar Gail
    Reinraum der Klasse 1 im INA der Uni Kassel – Interview mit Dr. rer. nat. habil. Martin Bartels
    Der reinste Reinraum der Welt
    Reinster Reinraum – Interview mit Dipl.-Biol. Markus Keller
    Technische Sauberkeit – INTERVIEW mit Dipl.-Ing. Hans Illig (Teil 1)
    Interview mit Dipl.-Ing. Hans Illig (Teil 2)
    CO2-Schneestrahltechnik – Interview mit Dipl.-Ing. Hans-Jörg Wössner
    Österreichische Reinraumgesellschaft (ÖRRG) – Interview mit Ing. Roman Czech
    Zukunft Reinraumbekleidung: INTERVIEW mit Carsten Moschner


    Verfasst von Ursula Pidun

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