100 Jahre Einkristallzucht aus der Schmelze: Vom Spreeknie ins Silicon Valley

• Published in: Chemie in unserer Zeit 2016-12, Vol.50 (6), p.410-419
• Main Authors: Evers, Jürgen, Herzog, Christiane, Möckl, Leonhard, von Plotho, Christoph, Stallhofer, Peter, Staudigl, Rudolf
• Format: Article
• Language: ger
• ISSN: 0009-2851; 1521-3781
• DOI: 10.1002/ciuz.201600759

Im August 1916 reichte der Deutsch‐Pole Jan Czochralski eine Publikation über die Wachstumsgeschwindigkeit von Metallkristallen bei der Zeitschrift für physikalische Chemie ein. Daher wird 1916 als das Jahr der Entdeckung des Czochralski‐Kristallzuchtverfahrens angesehen. Im Metall‐Laboratorium der AEG, wo Czochralski zunächst arbeitete, wurden seine Forschungsarbeiten nicht gebührend anerkannt, sodass er zur Metallbank und Metallurgischen Gesellschaft (später: Metallgesellschaft) nach Frankfurt wechselte, wo er bald zum Laborleiter und Oberingenieur aufstieg. In Frankfurt machte er sich mit Forschungen zu Metallen und technischen Legierungen rasch einen Namen. Die Entdeckung des Czochralski‐Kristallzuchtverfahrens gehört zu den wichtigsten technologischen Erfindungen des 20. Jahrhunderts, die aber erst in dessen zweiten Hälfte mit dem Aufstieg der Halbleiterindustrie ökonomische Bedeutung erlangte. Heute werden 95 % der Weltproduktion an Siliciumeinkristallen nach dem Czochralski‐Verfahren hergestellt. Der Umsatz der Halbleiter‐Industrie betrug 2015 etwa 335 Milliarden US‐Dollar, wobei die Kristallzucht nach dem Czochralski‐Verfahren jeweils der erste Schritt bei der Herstellung ist. Der größte Teil der heute gefertigten Siliciumeinkristalle hat einen Durchmesser von 300 mm. Die industrielle Produktion von Einkristallen mit 450 mm Durchmesser scheitert bisher nicht an technologischen, sondern an ökonomischen Problemen. Cars, television, mobile phones, digital cameras, cash machines: Daily life is strongly affected by microchips produced from high purity silicon single crystals via thin wafers. Most of these single crystals are prepared by a process invented by the German‐Polish scientist Jan Czochralski in 1916 in the “Kabelwerk Oberspree (KWO)” of the “Allgemeine Elektricitätsgesellschaft (AEG)” in Berlin‐Oberschöneweide. Czochralski discovered the famous method to pull single crystals by accident: Deep in thought, he dipped his pen not into an ink pot but into a crucible with liquid tin, both standing next to one another on his desk. Quickly he pulled his pen out and observed a thin thread of tin emerging from the tip. After etching, the thread was identified as a single crystal of tin. This observation is probably one of the most important technical inventions of the first half of the 20 th century. In 1917, he left the AEG in Berlin and worked in the metal research laboratory, later belonging to the “Metallgesellschaft”, in Frankfurt/Main. Until today