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Strahlung für die Elektronik ist gefährlicher als gedacht

04.08.2012

Strahlung kann an elektronischen Geräten zehnmal mehr Schaden anrichten als bisher angenommen. Dieses Ergebnis wurde mit einer neuen Forschungsmethode erzielt, die eine Kombination aus Lasern und akustischen Wellen verwendet.

Die Untersuchung der Wirkung von Strahlung auf die Struktur von Materialien, die in der Elektronik verwendet werden, hat in letzter Zeit besondere Bedeutung erlangt. Denn in Extremsituationen, etwa bei Unfällen in Kernkraftwerken, setzen Retter und Reparateure Roboter ein, um in den kontaminierten Bereich einzudringen. Der Ausfall eines solchen Geräts aufgrund einer unterschätzten Strahlenbelastung während einer Mission kann äußerst negative Folgen haben. Strahlung schädigt Materialien auf atomarer Ebene. Ein moderner Transistor enthält Millionen von Atomen und kann daher viel Schaden überstehen, bevor er kaputt geht. Doch die Größe mikroelektronischer Geräte schrumpft immer weiter, und wenn ein Transistor nur noch aus wenigen tausend Atomen besteht, kann schon ein kleiner Defekt ihn unbrauchbar machen.

Die alten Methoden zur Untersuchung von Schäden in elektronischen Materialien beschränken sich nur auf die Detektion großer Deformationen des Atomgitters. Mit der neuen Methode lassen sich erstmals Unregelmäßigkeiten in der Position von Elektronen nachweisen, die an Atomen haften.

Um solche Störungen zu erkennen, verwendeten die Wissenschaftler Andrew Steigerwald und Normann Tolk die fortschrittliche Technologie der kohärenten akustischen Phononenspektroskopie (CAPS). Die Essenz der neuen Methodik ist wie folgt. "Stellen wir uns vor", sagt Steigerwald, "dass eine Person in einem Pool schwimmt. Hier ist eine Person ein Atom und Wasser sind Elektronen. Wenn eine andere Person (in unserem Fall die Rolle eines hochenergetischen Teilchens) springt in den Pool bewegt sich der erste ein wenig und macht Platz für ihn. Diese kleinen Ortsveränderungen sind schwer zu messen, sodass aktuelle Technologien sie nicht erkennen können.“ Wissenschaftler haben jedoch einen anderen Weg gefunden: Die Detektion von Schallwellen, die im Moment des Aufpralls zu den Seiten hin divergieren, an die Oberfläche zurückreflektiert werden und es ermöglichen, versteckte Defekte zu erkennen.

Die neue Technologie hat bereits für Überraschungen gesorgt. Physiker testeten es an Galliumarsenid, das in der Elektronikindustrie weit verbreitet ist. Der Halbleiter wurde mit Neonatomen bombardiert, und es wurde festgestellt, dass sich strukturelle Schäden über ein Volumen mit 1 Atomen ausgebreitet hatten. Das ist deutlich mehr als Studien mit anderen Methoden gezeigt haben.

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