Neue Chemie mit gelöstem Silicium: Anwendungen in der Herstellung von Silicium-Materialien sind denkbar

Silicium ist das Basismaterial der modernen Halbleiterwelt. Mikrochips in Computern oder Solarzellen: Sie alle beruhen auf chemisch modifiziertem Silicium. Allerdings ist das Element, dessen kristalline Struktur der von Diamant entspricht, nur unter Einsatz größerer Ressourcen für die Weiterverarbeitung nutzbar zu machen. Silicium-Materialien müssen aufwendig über Schmelzen oder über chemische Reaktionen in der Gasphase hergestellt werden müssen. Im Vergleich zu Reaktionen in der Gasphase sind aber gerade chemische Reaktionen in Lösungen besser kontrollier- und steuerbar. Eine Chemie mit gelösten Silicium-Bausteinen wäre deshalb als materialchemische Methode wünschenswert. Solche Bausteine existieren als geladene Teilchen in speziellen Festkörperverbindungen des Siliciums, den Siliciden.

Unserer Arbeitsgruppe ist es nun gelungen, diese Silicium-Bausteine herauszulösen und gezielt in einer chemischen Lösungs-Reaktion einzusetzen. Wir nutzten dafür flüssigen Ammoniak als Lösungsmittel. Ammoniak ist bei Raumtemperatur ein Gas, kann jedoch durch Abkühlen auf -33 °C leicht verflüssigt werden und ist dann gerade für empfindliche Teilchen sehr gut als Lösungsmittel geeignet. Jeweils neun Silicium-Atome enthaltende Cluster konnten unzersetzt aus dem Festkörper herausgelöst und in eine Verbindung mit dem Metall Nickel überführt werden.

Dieses bahnbrechende Ergebnis universitärer Grundlagenforschung beweist zum ersten Mal, dass Lösungs-Reaktionen mit reinen Silicium-Bausteinen möglich sind. Auf dieser Grundlage wollen wir weiterforschen. Es bleibt für die Zukunft zu klären, ob beispielsweise auch für industrielle Anwendungen konkurrenzfähige Herstellungswege zu Silicium-Materialien über chemische Reaktionen in Lösungen entwickelt werden können.

Die Ergebnisse sind jüngst als Zuschrift im Journal Angewandte Chemie erschienen (DOI:10.1002/ange.200904242), welche von den Gutachtern als "very important paper" eingestuft worden ist.