Günstiges Verfahren für neue Materialien

Ein Forscherteam der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hat ein neues Verfahren zur kostengünstigen und energie­effizienten Herstellung von Übergangs­metallnitriden entwickelt. Mit zusätzlichen und anwendungs­bezogenen Funktionalitäten ausgestattet, könnten diese Materialien künftig unter anderem eine Schlüsselrolle in der Elektronik und Kommunikations­technologie spielen und beispielsweise die Datenüber­tragung in Mobilfunk­netzen deutlich verbessern. Im Rahmen eines vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) mit 2,8 Millionen Euro geförderten Forschungs­projekts wollen die Physiker mittels der Sputter-Epitaxie-Technik diese chemischen Verbindungen erstmals effizient und anwendungs­bezogen erzeugen und die Eigenschaften der Übergangs­metallnitride für neue Anwendungen optimieren.

Übergangsmetall­nitride spielten eine zentrale Rolle in der Material­wissenschaft, sagt Martin Feneberg, der gemeinsam mit seinem Kollegen Armin Dadgar das Forschungsprojekt leitet. „Übergangsmetall­nitrid-Verbindungen aus Elementen wie Titan oder Vanadium zeichnen sich durch außergewöhnliche physikalische Eigenschaften aus“, sagt Feneberg. „Sie sind besonders widerstands­fähig, hitzebeständig und chemisch stabil – Eigenschaften, die sie für zahlreiche industrielle Anwendungen äußerst attraktiv machen.“ 

Diese Materialeigenschaften eröffneten neue technologische Potenziale, besonders in der Elektronik, wo Übergangsmetall­nitride als Beschichtungen für Hochleistungs­transistoren oder als leitfähige Materialien für eine schnelle, effiziente Datenüber­tragung verwendet werden können, so Dadgar. „Besonders in der Funktechnik und Optoelektronik sind diese Materialien vielversprechend. Um die steigenden Anforderungen an die Datenübertragungs­geschwindigkeiten von 5G zu erfüllen, müssen Funkzellen kleiner und leistungsfähiger werden. Übergangs­metallnitride könnten dabei eine zentrale Rolle spielen.“

Die Sputter-Epitaxie-Technologie ermöglicht es, dünne Schichten von Übergangsmetall­nitriden bei niedrigeren Temperaturen und deutlich geringeren Produktions­kosten herzustellen. „Bei diesem Verfahren wird ein Gas, meist Argon, in einer Kammer unter Spannung gesetzt und bildet Plasma“, sagt Dadgar. „Die energiereichen Teilchen im Plasma treffen auf ein Target-Material und lösen Atome ab, die sich dann in geordneter kristalliner Struktur auf einer Oberfläche ablagern. Diese geordneten Schichten sind besonders vorteilhaft für elek­tronische Anwendungen.“ 

Die Magdeburger Forscher konzentrieren sich dabei auf Titan- und Yttriumverbindungen, die für den Einsatz in Hochleistungs­transistoren und energie­effizienten Geräten von großem Interesse sind. „Mit dieser Methode setzen wir an der Universität Magdeburg einen innovativen Akzent in der Material­forschung, den wir nun mit der Unterstützung der EU weiter ausbauen möchten“, so Feneberg.

U. Magdeburg / JOL