Galliumarsenid: Forscher entwickeln neues Verfahren für Wafer
Galliumarsenid zählt zu den Halbleiterwerkstoffen. Es hat einen festen Aggregatzustand und reagiert mit Wasser. Der Schmelzpunkt liegt bei 1.238 Grad/Celsius und die Dichte bei 5,31 g/cm.
Quelle: Intel
Galliumarsenid: Forscher entwickeln neues Verfahren für Wafer (Im Bild: Silizium-Wafer von Intel)
Wissenschaftler der Universität Illinois haben eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, aus Galliumarsenid große Wafer herzustellen - das bei weniger Instanzen und Abfällen.
Aktuell wird die Herstellung durch Züchtung von Kristallen in Hochvakuum-Kammern auf speziellem metallischen Untergrund. Das geschieht bei hohen Temperaturen. Bei späterer Weiterverarbeitung des Stoffes zu Solarzellen, wurde die untere teurere Schicht beschädigt oder zerstört. Der Prozess zur Vorbereitung und Entleerung der Vakuumkammer dauerte bisher länger, als der gesamte neue Vorgang.
John Rogers, Materialwissenschaftler, hat dieses Problem in den Griff bekommen. Er lässt mithilfe einer chemischen Gasphasenabscheidung, mehrere Schichten des neuen Stoffs aufwachsen. Diese Schichten werden hinterher mit Fluorwasserstoff (HF) behandelt. HF reagiert mit Alluminiumarsenid schneller, als mit Galliumarsenid. Später bleiben sehr dünne, rechteckige Filme dieser Verbindung im Nano- bzw. Mikrometerbereich übrig.
Der Unterschied zu Silizium
Silizium gehört zu den Halbmetallen. Es hat ebenfalls einen festen Zustand. Der Schmelzpunkt liegt bei 1.683 Kelvin (1.410 Grad/Celsius) und die Dichte bei 2,33 g/cm.
Aktuell wird nur aus einem winzigen Bruchteil des weltweit erzeugten Aluminiums Gallium extrahiert...
Der Galliumgehalt in Bauxit (also Aluminiumerz) beträgt ~0,005%, natürlich je nach Vorkommen unterschiedlich; 2007 betrug die Welt Bauxitproduktion etwa 170 Millionen Tonnen, daraus hätte man folglich etwa 8500t Gallium erzeugen können
2008 betrug die Gallium Weltproduktion ~95t- hier ist also schon mal ordentlich Steigerungspotential vorhanden
Es gibt auch noch andere Mineralien mit einem höheren Galliumgehalt als Bauxit, die aber aktuell nicht wirtschaftlich abgebaut werden können- das könnte sich in Zukunft natürlich ändern...
Over all ist Gallium in der Erdkruste etwa so häufig wie Lithium (~27400t/Jahr) oder Blei (~3,1Mt/Jahr), es ist nur schwerer zu gewinnen
Für CPUs: keine Ahnung. Aber Silizium wird im Kilotonnenmaßstab Hergestellt und schon da kommt man mit der Produktion dem Bedarf kaum hinterher. Allerdings werden auch Solarzellen etc. damit produziert.
Man kann ja auch net einfach beliebig mehr Aluminium erzeugen, das muss ja auch jemand haben wollen. ^^
Mich würde mal interressieren, wie viel Silizium pro Jahr weltweit zu CPUs verarbeitet wird...
Vermutlich nichtmal 100t
Durch die Möglichkeit Ga aus Roh-Al zu gewinnen kann man die aktuelle Weltproduktion auch noch bei weitem steigern wenn Preise und Nachfrage steigen sollten
Die Kosten basieren ja nicht nur auf dem Abbau sondern der Gewinnung und sind nicht das einzige Problem. GaAs wird einfach niemals Massentauglich produziert werden können. Das Problem ist die Gewinnung von Ga: es kommt so selten vor und wird nur bei der Aluminumgewinnung als Abfallprodukt isoliert (im 0,0irgendwas % Bereich!) mit gerade mal wenigen 100 t Weltjahresproduktion. Man sieht ja schon am Indium wo das hinführt, sollte man also lieber die Finger von lassen.
Klingt ja sehr interressant...
Mal sehen, ob und wann es sich durchsetzt
Kohlenstoffgraphen wären dann wie schon erwähnt auch noch eine Lösung, eine noch extremere... noch höhere Taktraten, noch komplexere Herstellung
Die Giftigkeit des Arsens sollte dabei jedenfalls genauso wenig ein Hinderniss darstellen wie der größere Rohstoffpreis- welchen Anteil macht denn schon der Rohstoffpreis bei einem Prozessor aus?
Mit Silizium liegt der Rohstoffpreis praktisch bei 0- Quarzsand ist bekanntlich nichtnur häufig sondern lässt sich auch leicht abbauen
Mit Galliumarsenid hätten wir Rohstoffkosten von vielleicht 1€/CPU, daran sollte es auch nicht scheitern auch wenn es anders betrachtet eine verzigtausendfachung im Vergleich zu Silizium ist
Letztenendes ist ja ein Chip nur ein kleines, hauchdünnes Plättchen, da ist nicht viel Material dran, ich denke selbst wenn das Zeug so teuer wie Gold wäre könnte man daraus noch problemlos wirtschaftlich CPUs herstellen
Und wenn ich etwa an Lampen oder Batterien mit Quecksilber oder Cadmium denke, die in viel größeren Mengen hergestellt, vertrieben und unsachgemäß entsorgt werden als CPUs zumal Arsen auch bei weitem nicht so umweltschädlich wie Quecksilber oder Cadmium ist...
Und was die technischen Probleme betrifft... na ja... ein wichtiger Schritt zu deren Lösung scheint getan