CD-Labor für neue Halbleitermaterialien basierend auf funktionlaisierten Hydrosilanen

Halbleiter sind von zentraler strategischer Bedeutung für eine Vielzahl von industrieller Wertschöpfungsketten. Mit der fortschreitenden digitalen Transformation entstehen zusätzlich neue Märkte für die Halbleiterindustrie, wie z. B. hochautomatisierte Autos, Clouds, globale Vernetzung, Raumfahrt, Militär und Supercomputer. Folglich ist die Nachfrage und die Suche nach neuen Ausgangsstoffen ungebrochen und eine wichtige Säule der Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet. Dennoch macht Silizium (meist in Form von einkristallinem Wafersilizium (c-Si)) immer noch den größten Teil des in der Industrie einge- setzten Materials aus. Die moderne Produktionstechnik für c-Si ist mit einem hohen Energieverbrauch und einem enormen Abfallproblem verbunden, da nur 25% des ursprünglichen Siliziums effektiv ge- nutzt werden können. In jüngster Zeit hat das Interesse an Hydrosilanen und verwandten Derivaten erheblich zugenommen, was vor allem darauf zurückzuführen ist, dass diese Verbindungen als Vorstufen für hochwertige Siliziumschichten mittels Flüssigphasenabscheidung (LPD) verwendet werden können. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass lineare, verzweigte und zyklische Derivate dieser Verbind- ungsklasse ideale Vorstufen sind, da sie bei Raumtemperatur flüssig sind, im präparativen Maßstab in hoher Reinheit zugänglich, kohlenstoff- und sauerstofffrei sind und sich beim Erhitzen auf T > 300 °C in elementares Silizium zersetzen. Allerdings gibt es in der Literatur nur vereinzelte Berichte über LPD-verarbeitete funktionelle Silizium- filme, einschließlich n- oder p-dotierter Filme. In den meisten dieser Studien war die Verwendung von mehr als einer Ausgangsverbindung (Multi-Source-Precursordesign) mit erheblichen Problemen ver- bunden. Im Zuge unserer Forschung ist es uns nun gelungen Ausgangsverbindungen auf Single-Source-Vorläuferdesign darzustellen. Basierend auf diesen Ergebnissen ist das erklärte Ziel dieses Antrags die Synthese und Charakterisierung von neuartigen funktionalisierten Hydrosilanen. Unsere Ergebnisse werden zu einem tieferen Verständnis der chemischen Umwandlungen von höheren Silizium- und Germaniumhydriden führen. Zusätzlich planen wir die Erstellung einer synthetischen Bibliothek bisher unbekannter funktioneller Hydrosilane und Hydrogermane. Diese Derivate sollen zu neuen Single-Source-Vorläufern für die n- oder p-Dotierung führen. Darüber hinaus planen wir, diese Derivate auch für die Entwicklung von Bandlückentechnik zu verwenden. Zusätzlich ist die Darstellung neuer Metallsilizide angedacht. Das zweite Ziel ist die Anwendung dieser neuen Derivate als Vorstufen für die Flüssigphasen- abscheidung (LPD), für die Dampfphasenabscheidung (VPD) oder für verwandte Abscheide- techniken. Darüber hinaus werden wir eingehende Untersuchungen zu thermisch oder photochemisch induzierten Oligomerisierungsprozessen durchführen. Schließlich werden die verarbeiteten funktionellen Siliziumschichten auf alle relevanten Parameter wie Morphologie, Dicke, Leitfähigkeit, Elementverteilung und Absorptionseigenschaften untersucht. Die Bedeutung der vorgeschlagenen Arbeit liegt in der Kombination von synthetischer Chemie und Materialherstellung. Wenn das Projekt erfolgreich durchgeführt wird, werden zum ersten Mal neuartige Klassen von funktionalisierten Hydriden der höheren Homologen der Gruppe 14 zur Verfügung stehen. Darüber hinaus wird die vorgeschlagene Forschung den Zugang zu bisher unbekannten Methoden zur Herstellung von Silizium-Heterostrukturen ermöglichen.