Bild des Monats: Geätzte Höhenkarte in Galliumnitrid Eingereicht vom Institut für Halbleitertechnik
Von Rot zu Gelb zu Blau: 40 Stunden lang ätzte Doktorand Klaas Strempel vom Institut für Halbleitertechnik mit heißer Kalilauge an einem Halbleiterkristall aus Galliumnitrid. Er untersucht damit, wie das Ätztempo der Lauge von der symmetrischen Kristallstruktur abhängt. Ausgehend von der gelben Hochebene erstrecken sich jetzt drei Mikrometer tiefe Canyons in den Halbleiter – je blauer, desto tiefer. Was dagegen aussieht wie Sonnenstrahlen, sind die bis zu einem Mikrometer dünnen Stege aus Galliumnitrid, beziehungsweise was davon nach dem langen Ätzen noch übrig geblieben ist. Solche sogenannten Finnen werden am Institut in mikroskopische Transistoren weiterverarbeitet.
Die Kalilauge macht die symmetrische Kristallstruktur des Galliumnitrids sichtbar. Bildnachweis: Klaas Strempel/TU Braunschweig
Finnen aus Galliumnitrid gelten als Schlüssel für eine neue Generation an Transistoren in der Mikroelektronik. Im Vergleich zum überwiegend verwendeten Silizium kann Galliumnitrid höhere Frequenzen bei großer Leistung verarbeiten. Dabei ist vor allem die Qualität der geätzten Oberflächen entscheidend. Deswegen versuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Halbleitertechnik den Ätzprozess besser zu verstehen.
Das symmetrische Muster des Bildes ergibt sich aus der regelmäßigen sechseckigen Kristallstruktur des Galliumnitrids. Die Kalilauge frisst sich je nach Kristallrichtung mit nur 1 bis 100 Atomlängen pro Stunde durch die Finnen der Halbleiterstrukturen. Dabei werden die Stege immer dünner oder gar restlos aufgelöst. Dort wo die Strahlen ununterbrochen sind, ist die Kristallstruktur für die Lauge am unzugänglichsten. Die Symmetrie zeigt, wie sich alle 60 Grad diese Kristallstruktur wiederholt.
Pixel für Pixel zur Höhenkarte
Das Bild ist im Grunde die Höhenkarte eines geätzten Halbleiterkristalls, aufgenommen mit einem Laser-Scanning-Mikroskop. Anders als andere optische Mikroskope arbeitet der Laser-Scanner konfokal. Das heißt, er beleuchtet nicht das ganze Präparat auf einmal, sondern rastert das Objekt Pixel für Pixel und Fokusebene für Fokusebene ab. Mit dem Wissen, wie viel Licht jeder Pixel auf allen Fokusebene reflektiert, lässt sich eine dreidimensionale Abbildung mit Höhenangaben konstruieren, auf etwa 10 Nanometer genau. Zum Vergleich: Die kleinsten Bakterien sind 30 Mal größer, aber um aus einem der Gräben zu schauen müssten sie sich mindestens zu zehnt übereinanderstapeln.
