epiray revolutioniert die Dünnschichttechnologie
Methode des Spin-off erlaubt Herstellung völlig neuer, extrem reiner Materialien ohne Verunreinigung
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Das Max-Planck-Start-up epiray verdampft Substanzen mit Hochleistungslasern und lässt daraus neue Materialien in ultradünnen Schichten entstehen. Diese Innovation bildet die Grundlage für die Weiterentwicklung der Dünnschichttechnologie in Bereichen wie Quantencomputing oder dem Bau von Halbleitern.
„Unsere Entwicklung ist eine Grundlagentechnologie, die für zukünftige Industrien von entscheidender Bedeutung sein wird“, beschreibt Wolfgang Braun, CEO der epiray GmbH, die Geschäftsidee. Das Spin-off kommerzialisiert ein neuartiges Konzept, das am MPI für Festkörperforschung in Stuttgart entwickelt und zur Marktreife gebracht wurde: die Thermal Laser Epitaxy (TLE). Dabei handelt es sich um eine Technik zur Abscheidung hochreiner Dünnschichten, die besonders für die Mikroelektronik interessant ist – eine der sechs Schlüsseltechnologien, die im Fokus der Hightech-Agenda Deutschland stehen. Anstelle von Heizwendeln, Ionenstrahlen oder durch komplexe chemische Reaktionen, die in der klassischen thermischen Epitaxie ultradünne, leitfähige kristalline Schichten erzeugen, erhitzen bei der TLE Hochleistungslaser das Ausgangsmaterial und das Substrat. Da die Laserstrahlen mit nahezu beliebiger Leistungsdichte erzeugt werden können, sind beliebig hohe Temperaturen möglich, die die Verdampfung aller Elemente des Periodensystems erlauben. Eine Animation auf der Website des MPI für Festkörperforschung veranschaulicht, wie dabei Schicht für Schicht eine Heterostruktur entsteht. Die Technik ermöglicht es, völlig neue Materialien zu erschaffen – und das in nur einer, dazu räumlich sehr kompakten Anlage.
Hochgenaue Beschichtungsverfahren
Dank der rasanten Entwicklung der Lasertechnologie wurden komplett neue Bereiche und Möglichkeiten der in der Mikroelektronik verwendeten Dünnschichttechnologien erschlossen. Neben der hohen Temperatur unterscheidet sich die Max-Planck-Entwicklung von anderen Lösungen auch dadurch, dass sie die Herstellung von Materialien mit ultrahoher Reinheit ermöglicht. Diese sind beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, für optische Schichten oder im Bereich des Quantencomputings unerlässlich. „Im Gegensatz zu den herkömmlichen Epitaxie-Methoden erreicht unsere TLE Temperaturen von bis zu 2 800 °C. Die Laser erhitzen damit punktgenau das Material, aber nicht die Umgebung der Probe“, erklärt Hans Boschker, CTO und Co-Gründer von epiray. Das verschafft dem Start-up einen Wettbewerbsvorteil, denn ihre Technik verursacht keine Verunreinigung – bislang ein Alleinstellungsmerkmal.
epiray baut und vertreibt seine eigenen TLE-Systeme in Wernau am Neckar. Als das Unternehmen 2021 aus der Abteilung Festkörper-Quantenelektronik am MPI ausgegründet wurde, bestand das Team aus drei Forschenden. Mittlerweile ist die Mitarbeiterzahl auf sieben angewachsen, unter anderem durch die Gründung einer Tochtergesellschaft in den USA. Derzeit erweitern sie ihre Vertriebsmöglichkeiten in England und China. Grundlage und Voraussetzung für diese positive Entwicklung war die unbürokratische und passgenaue Unterstützung durch die Max-Planck-Gesellschaft und das MPI für Festkörperforschung in Stuttgart, wo die Idee in der Abteilung Mannhart entstanden ist und verwirklicht werden konnte. „Wir planen, weiter zu expandieren und sind nun dabei, Produktionsanlagen für die industrielle Herstellung von TLE-erzeugten Schichten zu entwerfen“, sagt Braun. Damit scheint der Weg von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung für epiray vorgezeichnet.
epiray steht für Epitaxie mit Laserstrahlen.
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