Chips aus Diamanten

In Zukunft könnten die Chips der Mikroelektronik aus Diamanten und nicht mehr aus Silizium bestehen. Augsburger Wissenschaftler haben einen viel versprechenden Weg gefunden, dünne und qualitativ hochwertige Filme aus kristallinen Diamanten herzustellen. Die Forscher berichteten jetzt über ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters (Vol. 78, S. 192).

Während reine Diamantschichten elektrisch nicht leiten, zeigen mit Bor oder Stickstoff dotierte Schichten viel versprechende Halbleitereigenschaften. Im Vergleich zu Siliziumchips könnten daraus noch kleinere Bauteile hergestellt werden, die auch bei höheren Temperaturen funktionieren – Silizium-Chips können bis etwa 150 °C eingesetzt werden, während Diamant-Chips bis zu 500 °C verkraften würden.

Die synthetischen Diamant-Filme werden durch chemische Dampfabscheidung (CVD) erzeugt: Kohlenstoffatome aus einem kohlenstoffreichen Dampf, zum Beispiel Methangas, lagern sich auf der Oerfläche ab. Wegen ihrer vielseitigen physikalischen Eigenschaften sind so erzeugte Diamantschichten zum Gegenstand intensiver Forschung geworden.

Wachsen die Diamant-Filme auf einer anderen Oberfläche als auf Diamanten selbst, entstehen Korngrenzen, die den Stromfluss durch den Film blockieren. Matthias Schreck und seine Kollegen von der Universität Augsburg fanden einen Weg, die Kristallgrenzen zu reduzieren. Sie züchteten die Diamantschicht auf Iridium, an das sie während der CVD eine hohe Spannung anlegten. In dickeren Filmen mit etwa 34 Mikrometern lösten sich die Korngrenzen in voneinander getrennte Defekte auf und glichen den Sprüngen in einem flachen und glatten, einzelnen Kristall. Der Strom würde immer einen Weg um diese Sprünge herum finden. Die Qualität solcher Diamant-Filme könnte somit ausreichen, Diamanten in elektrotechnischen Anwendungen einzusetzen. (wst)