Halbleiter-Anwendungen als Herzstücke moderner Technologien

Das wohl bekannteste Material für die Herstellung von Halbleitern ist Silizium. Nicht ohne Grund spricht man seit der Veröffentlichung des ersten Silizium-Transistors im Jahr 1954 durch Texas Instruments-Pionier Gordon Teal auch vom „Silizium-Zeitalter“. Als ideales Halbleitermaterial vereint es die besten Eigenschaften für den Einsatz in der Mikro- und Nanoelektronik, bildete schnell das Mittel der Wahl für die Herstellung technischer Geräte und begründete fortan deren Miniaturisierung und Leistungssteigerung. Weitere, auf Grund ihrer hohen Energieauflösung, Absorptionsfähigkeit sowie Driftgeschwindigkeit gern genutzte Materialien, sind Germanium, Galiumarsenid und Indiumphosphid.

Halbleitermaterialien sind in vielen modernen Anwendungsbereichen vertreten und machen viele Entwicklungen überhaupt erst möglich. Dieser Bereich wird als Halbleitertechnik bezeichnet und stellt den Überbegriff für die Herstellung mikroelektronischer Bauteile. Unter bestimmten Bedingungen besitzen Halbleiter die Fähigkeit, als Leiter oder Isolator zu fungieren, was sie für viele Anwendungsbereiche prädestiniert. Mittels Dünnschichttechnik können auf einem Trägersubstrat (z.B. Silizium-Wafer) sehr dünne Ebenen aus unterschiedlichsten Materialien (metallische, dielektrische und halbleitende Werkstoffe) erzeugt, die anschließend über fotolithografische Prozesse strukturiert und geätzt werden. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Schichten mit wenigen Mikro- bis Nanometern Dicke, die in Kombination eine integrierte Schaltung auf einem Halbleiterbauteil darstellen.

Stark vertreten sind Halbleitermaterialien vor allem in der Mikrosystemtechnik, was besonders die Sensorik oder den Bereich der Datenverarbeitung (Mikrochips, integrierte Schaltungen, Transistoren etc.) einschließt. Darüber hinaus werden Halbleitermaterialien auch in der Solartechnik (Solarzellen), in der Verbraucherelektronik (Mobiltelefone, Spielekonsolen, Kühlschränke) oder für Beleuchtungs- und Bildgebungsaufgaben (Licht-, LED- und OLED-Anzeigen) verwendet.

Durch das sogenannte Tiegelziehen bzw. Czochralski-Verfahren wird hochreines Silizium unter stetigem Drehen und nach oben ziehen aufgeschmolzen, wodurch infolge von Kristallisation ein zylinderförmiger Ingot oder Impfkristall aus monokristallinem Silizium entsteht. Diese Impfkristalle werden später durch Trennverfahren in dünne Scheiben geschnitten und bilden die Grundlage für elektrische Bauteile jeglicher Art. Ein bereits etabliertes Verfahren ist das Trennen von Silizium durch Sägen mit Diamantblättern. Aufgrund des mechanischen Eingriffes kommt es während des Trennprozesses jedoch zu einer Vielzahl an Materialschäden und Prozesslimitationen.

Wesentlich effektiver und materialschonender hingegen ist in diesem Zusammenhang das Laserschneiden. Als berührungsloses Prinzip bedingt es keinerlei mechanischen Verschleiß und bietet somit eine konstante Schnittqualität. Darüber hinaus werden Mikrorisse an den Schnittkanten deutlich reduziert und Waferbruch kann vermieden werden. Mithilfe eines punkt- bzw. linienförmigen Werkzeugeingriffes bietet das Laserschneiden neben einer schmaleren Schnittbreite zudem eine höhere Flexibilität im zweidimensionalen Raum. Als viel frequentiertes Werkzeug wird Laserlicht neben dem Laserschneiden auch für Lasermarkierungen auf Wafern verwendet.