Verunreinigungen mit Bor können große Mengen hochreinen Siliziums unbrauchbar machen. Da das Element in seiner äußeren Schale ein Elektron weniger als Silizium aufweist, verursacht ein Boratom ein sogenanntes Loch in der Elektronenstruktur des Silizium-Halbleiters, was dessen elektronischen Eigenschaften verschlechtert. Bei der Produktion von hochreinem Silizium werden unter hohem Energieeinsatz flüssige Siliziumverbindungen destilliert. Bisher konnte erst am Ende des Produktionsprozesses in einer aufwändigen Testabscheidung überprüft werden, ob die geforderte Reinheit erreicht wurde. Mit dem neuen Verfahren wird die Borkonzentration während der Destillation gemessen. Dadurch lässt sich die benötigte hohe Reinheit des Siliziums mit niedrigerem Energie- und Materialaufwand erreichen.
Den Nachteil zum Vorteil gemacht
Das am Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik von Brigitte Fox-Beyer, Martin Beyer und Milan Ončák in Zusammenarbeit mit Wacker Chemie entwickelte Verfahren nutzt genau jene chemische Eigenschaft von Bor aus, die im Siliziumhalbleiter Probleme macht: „In gasförmigen Verbindungen, wie sie im Destillat vorliegen, bildet Bor nur drei chemische Bindungen aus, das heißt es hat in seiner äußeren Schale noch Platz für ein Elektronenpaar bzw. eine vierte Bindung“, erklärt Forschungsgruppenleiter Martin Beyer. „Im Flussreaktor eines Massenspektrometers reagieren deshalb negativ geladene Ionen, die ein freies Elektronenpaar besitzen, bevorzugt mit der Borverbindung.“ Dadurch kann man aus einem Gemisch gezielt die Borverbindung herausfischen, auch wenn davon nur wenige Moleküle in einer Milliarde Moleküle der Siliziumverbindung vorliegen.
Das Team setzte das Verfahren mit einem modifizierten PTRMS-Massenspektrometer des Innsbrucker Spin-off-Unternehmens Ionicon Analytik GmbH in die Praxis um. Die Analytikmethode wurde inzwischen zum Patent angemeldet.