Techniklexikon

Grenzfläche

Phasengrenzfläche. Ebene, über die Festkörper verschiedener Eigenschaften (Halbleiter, Isolator, Metall) miteinander in Wechselwirkung stehen. Für die Halbleiterelektronik wichtige G. sind diejenigen zwischen Halbleiter und Isolator, z. B. beim System Silicium-Sili-ciumdioxid (Si-Si02), dessen hervorragende Grenzflächeneigenschaften in MOSFET und in der MOS-Technik ausgenutzt werden, sowie solche zwischen Halbleiter und Metall (Metall-Halbleiter-Übergang). Weiterhin bilden auch verschiedene Halbleiterwerkstoffe (Heterojunction) und Halbleiter mit unterschiedlichem Leitungstyp G. Eine besondere G. stellt die Oberfläche eines Halbleiters dar (System Halbleiter-Vakuum bzw. -Gas). Grundsätzlich kann eine G. in ähnlicher Weise diskrete Energieniveaus in der verbotenen Zone (G. zustände) verursachen, wie von der Halbleiteroberfläche Oberflächenzustände erzeugt werden. Oberflächen- und Grenzflächenphysik, die geometrische Grenze zwischen zwei verschiedenen Körpern oder Phasen, von denen mindestens einer fest oder flüssig sein muss. Im speziellen Fall einer Grenzfläche gegen das Vakuum oder ein Gas spricht man auch von Oberfläche.

Die spezifische Grenzfläche ist der Quotient aus Volumen und Grenzfläche einer dispergierten Substanz (Dispersion). Sie dient als Mass für den Dispersitätsgrad und bestimmt das Ausmass, in dem die Anteile der Grenzflächenenergie für das thermodynamische Verhalten der Substanz mitbestimmend werden.

Eine ideale Grenzfläche ist eine Unstetigkeitsfläche, da sich dort charakteristische Eigenschaften (z.B. Brechzahl, Dielektrizitätskonstante, Leitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient) sprunghaft ändern. Im submikroskopischen Bereich gibt es jedoch keine ideal scharfe Grenzfläche. Es existiert immer ein (möglicherweise auf wenige Atomabstände beschränkter) Übergangsbereich, in dem sich die Eigenschaften allmählich ändern. In diesem Übergangsbereich kann es zur wechselseitigen Eindiffusion kommen, oder die Atome der beiden Körper gehen in der Grenzschicht neue Bindungen ein (so entsteht z.B. an der Grenzfläche zwischen CdS und InP die Verbindung InS). Die spezifischen physikalischen Eigenschaften von Grenzflächen und ihre Entstehung sind Gegenstand der Grenzflächenphysik.

Grenzflächeneigenschaften spielen eine bedeutende Rolle in vielen praktischen Anwendungen, darunter die Grenzflächen- und Oberflächenspannung, Adsorption, Adhäsion, Kristallwachstum, Elektronenemission, Oberflächenkatalyse und biochemischer Stoffaustausch.