Molekulares Modell für Halbleiteroberflächen entwickelt
Einfacher und schneller als bisher neue Erkenntnisse zu Eigenschaften und gezielter Modifizierung gewinnen

Oberflächen von Halbleitern lassen sich in der Regel nur mit einem erheblichen experimentellen Aufwand untersuchen, beispielsweise im Ultrahochvakuum. Um auf einfachere Weise neue Erkenntnisse über ihre Eigenschaften und Möglichkeiten einer gezielten Modifizierung zu gewinnen, haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg mithilfe von Synthesechemie und computerchemischen Methoden ein molekulares Modell für das sogenannte „buckled dimer“ entwickelt. Dieses zentrale Strukturmerkmal von Halbleiteroberflächen kann nun mit etablierten Analytikmethoden der Molekularchemie untersucht werden. Die Forschungsarbeiten wurden unter der Leitung von Prof. Dr. Lutz Greb am Anorganisch-Chemischen Institut durchgeführt.

Halbleiter – Materialien mit besonderer elektrischer Leitfähigkeit – bilden die Grundlage moderner Elektronik und sind unter anderem als Chips in jedem Computer oder Smartphone zu finden. Während die ersten Halbleitermaterialien auf dem Element Germanium basierten, wird heute vornehmlich das chemisch sehr ähnliche Silizium verwendet. Für die zielgerichtete Weiterentwicklung dieser Materialien ist eine Funktionalisierung ihrer Oberflächen notwendig. Das zentrale Strukturmerkmal, das über die Eigenschaften und Funktionalisierungsmöglichkeiten von Silizium- und Germaniumoberflächen entscheidet, ist das „buckled dimer“, auf Deutsch „verkipptes Dimer“.

Die Heidelberger Forscherinnen und Forscher verknüpfen mit ihrem synthetisierten Modell für das „buckled dimer“ Oberflächen- und Festkörperchemie mit der molekularen Chemie. Damit ist es nun möglich, unter geringem experimentellem Aufwand und in kürzerer Zeit als bisher neue Erkenntnisse zu den chemischen Eigenschaften und zur Funktionalisierung der Halbleiteroberflächen zu gewinnen. Dazu können Methoden wie NMR-Spektroskopie und Einkristall-Röntgenbeugung genutzt werden. „Die aus unserem Modell resultierenden Erkenntnisse können dazu beitragen, Funktionalisierungsstrategien für Halbleiter zu optimieren. Sie sind somit von Bedeutung für die Halbleitertechnologie der Zukunft“, betont Prof. Greb, der am Anorganisch-Chemischen Institut eine Arbeitsgruppe leitet.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft und der Europäische Forschungsrat haben die Arbeiten gefördert. Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature Chemistry“ veröffentlicht.