Das DFG-Projekt „Surface Modification of Silicon at the Nanometer Scale” wird in Kooperation mit Prof. Martin Garcia von der Universität Kassel (Theoretische Festkörper- und Ultrakurzzeitphysik) durchgeführt. Im Projekt wird die Wechselwirkung von Einzel- und Multipulsen von ultrakurz gepulster UV-Laserstrahlung mit Silizium sowohl theoretisch (Universität Kassel) als auch experimentell (LHM) untersucht. Dafür begrüßt die Forschungsgruppe von Professor Alexander Horn ihren neuen Mitarbeiter Dr. Andy Engel herzlichst in ihren Reihen. Gemeinsam mit ihm ist das Projekt zum 01.01.2023 mit einer Laufzeit von 3 Jahren gestartet.
Fokus Forschung: Silizium bleibt nach wie vor spannend
Fokus Forschung: Silizium bleibt nach wie vor spannend
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Am 01.01.2023 startete das neueste von nun drei laufenden DFG-Projekten der Forschungsgruppe „Dynamik ultraschneller selektiver Laserprozesse“ von Prof. Alexander Horn am Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM).
Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist es, die stattfindenden Prozesse während der Bestrahlung von Silizium besser zu verstehen und ausgehend von diesem Verständnis vorhandene Strukturierungsmethoden zu verbessern oder neue Materialbearbeitungsprozesse zu entwickeln. Denn obwohl Silizium bereits seit mehreren Jahrzehnten in der Halbleitertechnik verwendet wird und allein für das Jahr 2022 etwa 50.000 Studien zum Stichwort „Silizium“ im Internet zu finden sind, ermöglicht die Entwicklung neuer experimenteller Methoden immer wieder die Gewinnung neuer Erkenntnisse.
So kann mit dem am LHM entwickelten Pump-Probe-Ellipsometer die Änderung der optischen Eigenschaften von Silizium während und nach der Bestrahlung mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung sehr genau untersucht werden. In Kombination mit verschiedenen theoretischen Modellen geben die gewonnenen experimentellen Ergebnisse dann einen Einblick in die Dynamik der Elektronen und der Gitteratome des Siliziums. Dabei sind sowohl die Pump-Probe-Methode als auch die Ellipsometrie in der Wissenschaft etablierte Messverfahren und sicherlich bereits in einigen der 50.000 Studien zu Silizium in diesem Jahr vertreten. Im Gegensatz zu den bisherigen Methoden ermöglicht das Pump-Probe-Ellipsometer am LHM jedoch eine zeitlich, örtlich und spektroskopisch aufgelöste Bestimmung der transienten optischen Eigenschaften des angeregten Materials und ist damit weltweit einzigartig.
Durch die Kooperation mit der Universität Kassel können mit Hilfe der gemessenen Daten anschließend hochkomplexe theoretische Modelle zur Beschreibung der molekularen Dynamik, der Ladungsträgerzustände, der interatomaren Potentiale und der Entstehung von periodischen Oberflächenstrukturen entwickelt werden. Daraus ergibt sich eine für die Wissenschaft zwingend notwendige Symbiose zwischen Experiment und Modellierung: Zum einen ermöglichen die theoretischen Modelle überhaupt erst die kausale Interpretation der beobachteten experimentellen Ergebnisse. Zum anderen werden die experimentellen Ergebnisse wiederum benötigt, um die theoretischen Modelle überprüfen zu können.
Die Forschenden sind zuversichtlich, einen Erkenntnisgewinn zum bereits sehr gut erforschten Silizium beitragen zu können.
Text: Dr. Theo Pflug
Bilder: Laserinstitut Hochschule Mittweida