Kristallzucht im Weltall
Materialforscher der Uni Freiburg beteiligen sich mit fünf Experimenten an einer zweimonatigen Raumfahrt-Mission.
In der Nacht vom 18. auf den 19. Juli startet vom Weltraumbahnhof Baikonur eine unbemannte Foton M4-Kapsel mit einer Sojus-Rakete ins All. Materialforscher der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg sind an fünf Experimenten der zweimonatigen Mission beteiligt.
Abb.: Ampulle für Kristallzucht im Vibrations-Experiment (oben), auf der Erde gezüchteter Germanium-Kristall (unten; Bild: U. Freiburg)
Die Abteilung Kristallographie der Universität Freiburg nimmt seit 31 Jahren an Experimenten unter Mikrogravitation, also im Zustand annähernder Schwerelosigkeit, teil – bei Spacelab-Missionen, mit unbemannten Kapseln und bei ballistischen Raketenexperimenten. Die Forscher messen zum einen Transportvorgänge von Stoffen in Schmelzen, Lösungen oder Gasen. Zum anderen untersuchen sie, warum Baufehler bei der Züchtung technisch interessanter Kristalle entstehen. Die Materialien sind beispielsweise für elektronische Bauelemente und Röntgendetektoren einsetzbar. Da Einflüsse der Schwerkraft weitgehend ausgeschlossen sind, ermöglichen die Versuche genauere Aussagen zu den Vorgängen bei der Kristallzüchtung. Ziel ist, die Züchtungsmethoden auf der Erde zu verbessern. Es ist bereits die achtzehnte Weltraummission, an der die Freiburger Kristallographen seit 1983 beteiligt sind.
Die Experimente an Bord von Foton M4 setzen eine Versuchsreihe auf der vor sieben Jahren gestarteten Foton M3-Mission fort. Bei den neuen Experimenten züchten die Forscher unterschiedliche Halbleiterkristalle wie Germanium, Germanium-Silizium und Kadmiumtellurid. An der Planung und Auswertung der Versuche sind russische, italienische, spanische und französische Wissenschaftler beteiligt.
Ein Versuch von Arne Cröll untersucht die wandfreie Züchtung eines Germanium-Silicium-Mischkristalls: Der Kristall und ein kleiner Teil der Schmelze haben keinen Kontakt zum umgebenden Tiegel. Auf diese Art gezüchtete Kristalle haben geringere Konzentrationen von Baufehlern. Die fehlende Schwerkraft fördert das Phänomen. Drei weitere Experimente von Cröll untersuchen den Transport von Gallium in Germaniumschmelzen unter verschiedenen, zum Beispiel durch Magnetfelder oder Vibrationen angetriebenen Strömungsbedingungen. Im Unterschied zu Versuchen auf der Erde ist es unter Mikrogravitation möglich, die Strömungen ungestört von anderen Einflüssen zu beobachten. Die gleichmäßige Verteilung von Dotierstoffen wie Gallium ist wichtig bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.
Michael Fiederle züchtet in seinem Experiment Cadmiumtellurid-Kristalle, die unter anderem in der Computertomographie zum Einsatz kommen. Er untersucht die Vorgänge der Kristallisation und der Diffusion von Dotier- und Fremdstoffen unter Schwerelosigkeit. Mit seinen Versuchen will er Möglichkeiten finden, um die Wachstumsgeschwindigkeit und Homogenität der Kristalle zu steigern und auf dieser Basis neue Verfahren für die industrielle Produktion zu realisieren.
ALU / RK
