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Materialfehler in Halbleitern exakter bestimmen

23. Juli 2019, 11:30 Uhr | Hagen Lang

Markus Stöhr (links) und Prof. Stephan Schönfelder am Messgerät für die Spannungsoptik.

Maschinenbau-Ingenieur Markus Stöhr hat die sogenannte Spannungsoptik optimiert, – ein Messverfahren, mit dem sich mechanische Spannungen in lichtdurchlässigen Materialien analysieren lassen. Durch Stöhrs Arbeit ist es nun möglich, Materialfehler von Halbleitern wie Silizium exakter zu bestimmen.

Markus Stöhr von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) wurde für das „Beste Poster“ von der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik auf der 20. Fachtagung „Sensoren und Messsysteme“ am 25. und 26. Juni 2019 in Nürnberg ausgezeichnet.

Dank Stöhrs Arbeit ist es nun möglich, Materialfehler von Halbleitern wie Silizium exakter zu bestimmen. Damit könnten geschädigte Siliziumscheiben bereits im Herstellungsprozess besser aussortiert und vorzeitige Defekte in Elektronikbauteilen oder Solarmodulen vermieden werden.

Siliziumkristalle sind anisotrop, das heißt, sie verformen sich bei Belastung in verschiedenen Richtungen unterschiedlich stark. Dieser Umstand macht es bislang schwierig, Verspannungen in Siliziumwafern exakt zu bestimmen. Markus Stöhr erklärt: „Mit spannungsoptischen Messverfahren werden schon seit Jahrzehnten isotrope Materialien wie beispielsweise Glas analysiert. Dabei wird das Material mit einem polarisierten Lichtstrahl durchleuchtet und aus der Brechung des Lichts die Verspannung berechnet. Aber für Silizium und andere Halbmetalle liefert diese klassische Methode bislang nur sehr ungenaue Ergebnisse. Das macht es schwierig zu entscheiden, ob Spannungen und Risse wirklich kritisch sind. Im Rahmen meiner Forschung habe ich die das Berechnungsverfahren der Methode so weiterentwickelt, dass es nun auch für anisotrope Materialien funktioniert“.

Prof. Stephan Schönfelder von der Fakultät Ingenieurwissenschaften betreut Markus Stöhrs Promotionsvorhaben an der HTWK Leipzig. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS forscht er seit Jahren dazu, wie empfindliche Materialien bereits während der Produktion geschädigt werden und wie die Herstellung verbessert werden kann.

„Bauteile aus Silizium – egal ob Mikrochips oder Solarzellen – sind im Endprodukt tief verborgen. Ein frühzeitiger Defekt durch Risse im Material bedeutet oft einen Totalschaden des Smartphones, der PC-Platine oder des Solarmoduls. Wir wollen deshalb Defekte möglichst frühzeitig erkennbar und vor allem im Detail bewertbar machen. Die Auszeichnung bestätigt unsere erfolgreiche Forschungsarbeit im Bereich der Spannungsoptik und motiviert die Promotion von Markus Stöhr umso mehr“, so Schönfelder.

Markus Stöhr (25) studierte an der HTWK Leipzig Maschinenbau. Für seine kooperative Promotion an der HTWK Leipzig und der Technischen Universität Dresden erhält er ein Stipendium des Freistaat Sachsens aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds.