Neuer Schub für die Kristallzüchtung

04.08.2004 - (idw) Forschungsverbund Berlin e.V.


Züchtungskammer für die Züchtung von hochreinem Silizium im berührungsfreien Float-Zone-Verfahren am Berliner Institut für Kristallzüchtung. Rechts: IKZ-Mitarbeiter Ralph-Peter Lange. Foto: Zens/Forschungsverbund Berlin
Galliumarsenidkristalle (GaAs) aus dem Berliner Institut für Kristallzüchtung im Forschungsverbund Berlin e.V. Die Kristalle wurden am IKZ nach einem dort weiterentwickelten Ziehverfahren gezüchtet. Foto: IKZ Das Berliner Institut für Kristallzüchtung richtet eine große "Summer School" aus

Modellierung, Photovoltaik und Nanokristalle sind drei der wichtigsten Themen bei der 12. International Summer School on Crystal Growth (ISSCG) in Berlin-Schmöckwitz. Noch bis zum 6. August sind internationale Spitzenforscher auf dem Gebiet der Kristallzüchtung am Stadtrand Berlins, um den Nachwuchs zu unterrichten. Die renommierte Veranstaltung findet alle drei Jahre statt und ist seit ihren Anfängen vor gut dreißig Jahren erst einmal in Deutschland gewesen. Für diese "Summer School" haben die Organisatoren unter der Federführung des Berliner Instituts für Kristallzüchtung ein anspruchsvolles und in seiner Form neuartiges Tagungsprogramm entworfen.

So wurden bereits am Sonntag, dem ersten Konferenztag, Einführungsveranstaltungen angeboten, um die Grundlagen der Kristallzüchtung zu vermitteln. Dies ist vor allem deshalb notwendig, weil Kristallzüchtung sehr interdisziplinär angelegt ist: Zum Teilnehmerkreis gehören Physiker, Chemiker und Werkstoffwissenschaftler ebenso wie Ingenieure und ausgewiesene Kristallographen. Zusätzlich zu den Fachvorträgen der Spitzenforscher gibt es ein begleitendes Programm von Tutorien, um den Stoff aus den Vorlesungen in kleineren Gruppen zu vertiefen.

"Macht uns die Kristalle billiger"

Computermodelle gewinnen in der Kristallzüchtung an Bedeutung. Auch am Berliner Institut für Kristallzüchtung arbeitet man eng mit Modellierern zusammen. Besonderer Vorteil des IKZ ist es, dass es im Forschungsverbund Berlin kompetente Kooperationspartner hat. Hier gibt es das Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS), das sich mit Fragen der Prozesssimulation beschäftigt.

"Maßgebliche Software für die Simulation kommt aus der Universität Erlangen-Nürnberg", berichtet einer der Organisatoren der ISSCG, Prof. Georg Müller. Er leitet das Kristalllabor im Institut für Werkstoffwissenschaften der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ziel der Modellierung ist es, Zeit und teure Experimente einzusparen. "Die Industrie kommt zu uns", sagt Müller, mit der Bitte "Macht uns die Kristalle billiger!" Entscheidende Faktoren sind hierbei die Geschwindigkeit des Kristallwachstums und die Größe der gezüchteten Kristalle. Müller: "Schafft man es, einen Kristall doppelt so groß wie bisher zu züchten, kann man damit viel Geld sparen." Allerdings träten bei größeren Durchmessern störende Phänomene auf, etwa Konvektionsprozesse. "Dann spielt die Simulation im Computer eine große Rolle", erläutert Müller, "damit optimieren wir die Prozesse".

"Macht sie uns besser"

Prof. Peter Rudolph vom IKZ ist wie sein Kollege Müller Chairman der ISSCG. Rudolph nennt eine andere Möglichkeit, Kosten zu sparen: "Wir reduzieren die Anzahl der Defekte in den gezüchteten Kristallen." Denn das große Problem bei hohen Wachstumsraten oder größeren Durchmessern sei die Reinheit. Je perfekter ein Kristall, um so höher ist beispielsweise die Lichtausbeute bei Lasern oder der Wirkungsgrad einer Solarzelle. "Eine weitere Forderung unserer Kooperationspartner aus der Industrie ist also: ,Macht sie uns besser'", sagt Rudolph.

Das IKZ hat auf diesem Gebiet zahlreiche Erfolge. So entwickelten IKZ-Forscher ein Verfahren, um Lithiumaluminat-Einkristalle zu züchten. Dieses Material ist eine viel versprechende Unterlage, um darauf Galliumnitrid abzuscheiden. Mit dieser Kombination wiederum werden leistungsfähige Laserdioden erzeugt, die blaues Licht abgeben (vergleiche auch Presseinformation vom 23. April 2004: "Grundlagen der Datenspeicherung von morgen"; http://www.fv-berlin.de/pm_archiv/2004/17-blauedioden.html). Hauchdünne Schichten und nur nanometergroße Kristalle sind ein weiterer Schwerpunkt der Summer School.

Viele Stipendien

Deren Teilnehmer kommen aus rund dreißig Ländern aus aller Welt. "Besonders stolz sind wir Organisatoren", so berichtet der dafür verantwortliche Torsten Boeck, "dass wir so viele Stipendien vergeben konnten". "Damit haben wir insbesondere Studenten und Nachwuchsforscher aus Osteuropa sowie aus Schwellenländern, etwa in Asien, gefördert." So konnten insgesamt knapp zweihundert Teilnehmer nach Berlin kommen, ein Rekord für die ISSCG. Dies war nur durch die finanzielle Hilfe großer Organisationen und Sponsoren möglich. So gaben die Deutsche Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung (DGKK), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Europäische Weltraumorganisation ESA erhebliche Fördermittel frei. Das Institut für Kristallzüchtung engagierte sich mit zahlreichen Mitarbeitern. "Etwa fünfzehn Leute haben bei der Organisation geholfen", berichtet Prof. Roberto Fornari, Direktor des IKZ. "Außerdem stellt unser Institut Sachmittel zur Verfügung, vom PC und Beamer bis zum Auto." Für Fornari stand außer Frage, dass sein Institut diese Summer School nach Kräften unterstützt. Nicht nur der Nachwuchsförderung wegen. Fornari: "Viele neue Materialen, besonders Nanokristalle, wurden im wesentlichen empirisch entwickelt. Wenn man solche Materialien verbessern und reproduzierbar herstellen möchte, dann braucht man die Grundlagen der Kristallzüchtung. Deshalb wollen wir der Kristallzüchtung neuen Schub verleihen."

Das Tagungsprogramm im Netz:
http://isscg12.ikz-berlin.de/

Hintergrund
Das Institut für Kristallzüchtung (IKZ) züchtet, bearbeitet und charakterisiert Kristalle unter Einsatz zahlreicher unterschiedlicher Methoden. Zugleich entwickelt es Baugruppen für Kristallzüchtungsanlagen und befasst sich mit der numerischen Modellierung der Kristallzüchtung. Das Institut versteht sich als Kompetenzzentrum zu allen wesentlichen naturwissenschaftlichen und technischen Fragen, die die Züchtung und das Wachstum von Volumenkristallen betreffen. Das Institut nimmt eine Servicefunktion wahr, indem es Kristalle, Anlagen und Verfahren für Kooperationspartner und Auftraggeber entwickelt oder bereit stellt. Es ist Teil des Forschungsverbundes Berlin e.V. (FVB).
www.ikz-berlin.de

Im Forschungsverbund Berlin (FVB) sind acht natur-, umwelt- und lebenswissenschaftlich orientierte Institute zusammengeschlossen, die wissenschaftlich eigenständig sind, aber im Rahmen einer einheitlichen Rechtspersönlichkeit gemeinsame Interessen wahrnehmen. Alle Institute des FVB gehören zur Leibniz-Gemeinschaft.
www.fv-berlin.de