Dr. Florian Wallburg verteidigt seine Doktorarbeit zur Herstellung von Siliziumsubstraten erfolgreich
Für seine Doktorarbeit „Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Schädigungsverhalten von Siliziumsubstraten während des Diamantdrahtsägeprozesses“ erforschte HTWK-Absolvent Florian Wallburg, was bei der Herstellung von Siliziumsubstraten, wie sie für Solarzellen benötigt werden, passiert. Seine Forschungsergebnisse tragen unter anderem dazu bei, die Produktion von Solarmodulen für die Zukunft noch zuverlässiger und effizienter zu machen.
Verteidigung via Livestream
Unter coronabedingten Zugangsbeschränkungen und im digitalen Livestream via YouTube verteidigte Florian Wallburg seine Doktorarbeit am 13. November 2020 an der TU Bergakademie Freiberg, Institut für Mechanik und Fluiddynamik (IMFD). Persönlich anwesend waren einige Mitarbeiter des IMFD sowie die Kommission bestehend aus Prof. Hans-Joachim Möller, Prof. Alfons Ams und Prof. Henning Zeidler (Vorsitzender der Kommission). Die beiden Gutachter, Prof. Meinhard Kuna von der TU Freiberg und Prof. Stephan Schönfelder von der Fakultät Ingenieurwissenschaften der HTWK Leipzig, waren für die Verteidigung digital zugeschaltet.
Wallburgs Forschungsarbeit entstand in Kooperation mit der HTWK Leipzig, dem Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik Halle und der TU Freiberg.
Forschung für die Energiewende
Geforscht hat Florian Wallburg zu Abtrags- und Schädigungsprozessen während des sogenannten Diamantdrahtsägens, dem dominierenden Herstellungsverfahren für dünne Siliziumsubstrate, auch Wafer genannt. Diese bilden die Basis für die Herstellung von Solarzellen. Siliziumsubstrate sind somit essentiell für eine erfolgreiche Energiewende.
„In meiner Arbeit leiste ich einen Beitrag zum Verständnis der mikromechanischen Schädigungs- und Materialabtragsmechanismen während des Sägeprozesses von diesen Wafern, was für die Zuverlässigkeit des Herstellungsprozesses und die Qualität der fertigen Produkte unerlässlich ist. Dieser Beitrag fußt auf der Entwicklung eines numerischen Modells auf Basis der Finite-Elemente-Methode, welches mit sehr vielen und sehr umfangreichen experimentellen Mikrostrukturanalysen validiert wurde und so in Zukunft zur Optimierung des Sägeprozesses beitragen kann“, erklärt Dr. Florian Wallburg.
„Beim Diamantdrahtsägen wird ein großer Siliziumbrick, d.h., ein großes Stück sehr reines Silizium, aus dem später die Wafer herausgesägt werden, durch ein rotierendes Drahtfeld gedrückt. Wie es der Prozessname schon verrät, sind dabei die Drähte mit Diamanten besetzt. Diese schleifen über die Oberfläche und führen so zum Materialabtrag“, so Dr. Wallburg.
„Das Diamantdrahtsägen funktioniert mit Hilfe von ganz vielen Drähten nebeneinander, also wie beim Eierschneiderprinzip, nur, dass sich der Draht eben noch dazu bewegt.“
„Im Bild 2 ist eine typische Schädigung eines Wafers (Seitenansicht) dargestellt, wie sie beim Sägen mit Diamantdrähten auftritt. Eben diese gilt es in Zukunft durch optimale Herstellungsprozesse zu vermeiden“, erläutert Dr. Florian Wallburg.
Und was bringt die Zukunft?
Dr. Florian Wallburg möchte auch weiterhin in der Forschung, speziell der anwendungsorientierten Forschung arbeiten. Aktuell leitet er die interdisziplinäre Nachwuchsforschungsgruppe SmartKMU, die sich mit der Digitalisierung und den Anforderungen von Industrie 4.0-Anwendungen in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) beschäftigt.
SmartKMU geht der zentralen Frage nach, wie sich mit Hilfe smarter Simulationswerkzeuge die Digitalisierung entlang des Produktentstehungsprozesses effizient gestalten lässt, um die Wettbewerbsvorteile von digitalisierten Prozessketten schnell in das Tagesgeschäft von KMU mit ihren oft begrenzt verfügbaren digitalen Infrastrukturen integrieren zu können.