Nachhaltigkeit
PFAS-freie Polymermembranen für die Halbleiterindustrie
PFAS-Chemikalien sind aufgrund ihrer Stabilität, Wasser- und Fettbeständigkeit in vielen Branchen weit verbreitet. In der Fertigung von Halbleitern werden zum Beispiel in verschiedenen Prozessschritten PFAS-haltige Membranen eingesetzt. Mit einer neuartigen, PFAS-freien Membran haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP nun eine nachhaltige Alternative entwickelt.
PFAS-Chemikalien sind giftig, sie verschmutzen Wasser und Boden und reichern sich über die Nahrung und verbrauchernahe Produkte in Mensch und Tier an. Die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) hat daher im Februar 2023 den Vorschlag für ein Verbot der Herstellung, der Verwendung und des Inverkehrbringens, einschließlich der Einfuhr, von PFAS im Europäischen Wirtschaftsraum veröffentlicht. Die Halbleiterindustrie sieht das drohende PFAS-Verbot kritisch: Laut vielen Herstellern sind die langlebigen per- und polyfluorierten Chemikalien bislang alternativlos, die Produktion der meisten Halbleiterprodukte sei dann nicht mehr möglich.
Chemisch stabil mit kleinem Porendurchmesser
Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer IAP in Potsdam ist es nun gelungen, für einen Zulieferer der Halbleiterbranche eine PFAS-freie Membran aus konventionellen, spezifisch stabilisierten Polymeren zu entwickeln, die PFAS-Membranen ersetzen kann. Die Membran aus dem Polymer Polyacrylnitril (PAN) zeichnet sich durch eine hohe chemische und mechanische Stabilität aus. Zudem weist sie einen extrem kleinen Porendurchmesser von etwa sieben Nanometern auf. Das ist erforderlich, um partikuläre Verunreinigungen aus der Produktion abzutrennen und die für den Prozess notwendigen Betriebsflüssigkeiten wie Säuren und Lösemittel zu filtrieren und zu recyceln.
"Beim Herstellen von Chips finden unzählige Prozessschritte wie Sägen, Reinigen, und Planarisieren statt, um die Strukturen auf die Wafer aufzubringen. Bei all diesen Operationen fallen partikuläre Verunreinigungen an, die bei jedem Prozess abgetrennt werden müssen, da sie sonst die Herstellung der nanometergroßen Strukturen schädigen würden", erläutert Dr. Murat Tutus, Ingenieur am Fraunhofer IAP und Leiter der Abteilung "Membranen und funktionale Folien". "Das Polymer konnten wir durch eine weitere, von uns patentierte Komponente chemisch modifizieren und auch für harsche Prozessbedingungen stabilisieren", sagt der Forscher.
Anwendungsfelder in verschiedenen Branchen möglich
Da sich die Membran über die Porengröße und die Durchlässigkeit anpassen lässt, kann sie einfach auf unterschiedliche Anwendungen in anderen Branchen angepasst werden. Der Vorteil der Anpassung einer Membran: Bestehende Anlagen lassen sich weiter nutzen, Mitarbeitende müssen nicht fortgebildet werden. Großes Potenzial für ihre Entwicklungen sehen Dr. Tutus und sein Team vor allem in der pharmazeutischen und der chemischen Industrie.
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