Wolfgang-Hillen-Sommerschule 2016
FAU Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik
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UC Santa Barbara Materials Department / SSLEEC
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Erste Sommerschule für ammonothermale Kristallzucht:
Optisch aktive, nitridbasierende Halbleiter Materialien
16. bis 23. Juli 2016 – Erlangen, Deutschland & 21. bis 26. September 2016 – Santa Barbara, California, USA
Ziel der Sommerschule ist es, durch die Verknüpfung der Ideen von zwei Universitäten die führend in diesem Bereich sind, detaillierte Einblicke in den Ammonothermalen Prozess zu erhalten. Die Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg hat sich als eine führende Einrichtung bei der Charakterisierung und Analyse der Chemie und der Eigenschaften der überkritischen Ammoniakgemische etabliert, während die University of California, Santa Barbara (UCSB) und Start-ups in der näheren Umgebung hervorragende Kenntnisse und die Fähigkeit gezeigt haben, hochwertige Kristalle mit hohen Wachstumsraten zu erzeugen. Der Blick von Studenten über die Schulter von Forschern an beiden Institutionen ermöglicht es, die Grundkenntnisse und die "Kunst" dieser Wissenschaft weiterzugeben, was anderweitig so nicht passieren könnte.
Für jeweils rund 10 Studierende aus Deutschland und den USA, existiert die einzigartige Möglichkeit, durch Vorträge von auf diesem Gebiet führenden und honorierten Experten und durch praktische Übungen im Labor an beiden Standorten Ihr Wissen zu erweitern. Das Programm wird zweigeteilt, eine Schulungseinheit in Erlangen, Deutschland und eine in Santa Barbara, Kalifornien, USA. In Erlangen liegt der Schwerpunkt auf Verfahrenstechnik, während in Santa Barbara, das Kristallwachstum im Mittelpunkt steht. Um den Wissenstransfer zu maximieren, wird die Veranstaltung an jedem Standort in eine theoretische und eine experimentelle Phase aufgeteilt. Theoretisches Wissen wird in Symposien durch geladene Referenten vermittelt (unter anderem der Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preisträger Prof. Schnick und abhängig von seiner Verfügbarkeit, wird Nobelpreisträger Shuji Nakamura die Nachwuchswissenschaftler zu einem inspirierenden Vortrag begrüßen), welche den wissenschaftlich Hintergrund und einen anwenderbezogenen Einblick bieten. Die experimentellen Teile erlauben es den Studenten schließlich den Betrieb und einzelne Messmethoden des Ammonothermalen Prozesses zu beobachten und daran teilzunehmen. Dazu gehört, dass sich die Teilnehmer die Ergebnisse der einzelnen Versuche am Ende der Veranstaltung einander vorstellen.
Die Veranstaltung soll der Beginn einer fruchtbaren wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen den beiden Universitäten sein. Dieser Zusammenarbeit wiederum liegt das Ziel zugrunde, neue Gruppe-III-Nitride zu erforschen und Volumenkristallen für optisch-aktive Materialien und Halbleiteranwendungen zu züchten.
Abschlussbericht (Teil 1: 16.-23. Juli 2016)
Der erste Teil der Wolfgang-Hillen-Sommerschule 2016 fand in Erlangen vom 16. bis 23. Juli 2016 an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg statt. Unter den 22 Teilnehmern der Ludwig Maximilians-Universität München, der Universität Stuttgart, der University of California, Santa Barbara sowie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg befanden sich Spezialisten verschiedenster Disziplinen der ammonothermalen Kristallzüchtung. In Vorträgen, gemeinsamer Laborarbeit und Gesprächsrunden gab es zahlreiche Möglichkeiten sich zu vernetzen und voneinander zu lernen.
Zu Beginn der Sommerschule haben sich die Teilnehmer bei einer Stadtführung durch Erlangen kennen gelernt. Das darauffolgende Team Building Event in der fränkischen Schweiz in einem Hochseilgarten und die geführte Tour durch die Teufelshöhle in Pottenstein vertieften die Verbindung zwischen den Teilnehmern bevor mit der Laborarbeit und den Vorträgen begonnen wurde.
Für die praktische Laborarbeit wurden die Studenten und Doktoranden in gemischten Gruppen eingeteilt. Die im Verlauf der Woche erzeugten Messergebnisse der Experimente wurden analysiert und dem Plenum vorgestellt. Die Laborpraktika boten die Möglichkeit sich über die Arbeiten und Forschungsergebnisse der Gruppenmitglieder zu erkundigen sowie kritische Diskussionen zu Arbeitsweisen zu führen. Fachvorträge von Dozenten der Universitäten sowie Experten im Bereich der Kristallzüchtung, der Chemie und der Verfahrenstechnik gaben Einblicke in die Fachbereiche und den aktuellen Stand der Forschung. Neben der Laborarbeit und den Vorträgen wurde eine Exkursion zur Firma Osram nach Regensburg organisiert, bei welcher die industrielle Fertigung von optisch aktiven Halbleitern besichtigt wurde.
Die gelungene Mischung aus Fachvorträgen, Laborpraktika und interdisziplinärem Austausch hat die Sommerschule zu einem großen Erfolg für alle Teilnehmer gemacht. Das gewonnene Wissen und die neuen Kontakte zu anderen Forschern wird die Leistung der Einzelnen positiv beeinflussen. Die Erwartungen an den zweiten Teil der Summer School in Santa Barbara Ende September waren dem entsprechend groß.
Abschlussbericht (Teil 2: 21.-26. September 2016)
Am 20. September flogen Delegationen von Studenten und Doktoranden aus Erlangen, München und Stuttgart in das sonnige Kalifornien in das 90.000 Einwohner Städtchen Santa Barbara. Nach einer kurzen Sicherheitseinweisung stiegen die Studenten und Doktoranden Teilnehmer bereits voll in die Forschungsarbeit des Material Science Department der University of California, Santa Barbara ein. Das Spezialgebiet hier liegt in der Züchtung von Bulk GaN. Ziel war es einen kompletten Züchtungsversuch über die Dauer der Summerschool anzusetzen und auszuwerten. Zunächst wurden die Bayern durch die Labore geführt und bekamen einen ausführlichen Einblick in die Arbeitsweise und Expertise der Amerikaner. In einer ersten kleinen Diskussionsrunde konnten beide Seiten Verbesserungen und Anregungen für die zukünftige Arbeit besprechen. Es wurden Dichtungskonzepte erklärt und neue Konzepte der Messtechnik für den analytisch sehr schwer zugänglichen Prozess der Ammonothermalen-Synthese (Temperaturen bis zu 600°C bei Drücken bis zu 3000 bar) erörtert. Danach durften die zugereisten Teilnehmer alle Schritte bis zu einem erfolgreichen Züchtungsversuch einmal selbst durchführen. 
Aufgrund der langen Dauer eines Züchtungsversuches wurden alle Analyse Schritte wie XRD, SEM und FTIR an bereits vorher gezüchteten Kristallen durchgeführt. Während aller Laborversuche kam es zu regem Austausch über die Vor- und Nachteile der doch teilweise verschiedenen Arbeitsweisen der teilnehmenden Universitäten.
In der Zeit, in der der Bulk GaN Kristall wuchs, hörten die Teilnehmer Vorträge zu fachlich relevanten Themen, unter anderem von Nobelpreisträger Prof. Dr. Shuji Nakamura zur Bedeutung der Equipment Entwicklung. Weitere Vorträge befassten sich mit Kristallwachstum aus Lösungen, Defekten in Bulk GaN, ammonobasische Züchtung von GaN-Kristallen und optische Charakterisierung von GaN-Kristallen.
Zur Verbindung auf persönlicher Ebene wurde neben gemeinsamen Abendessen auch ein Teamevent für alle Teilnehmer organisiert. Am Sonntag ging es zu einer Fähre die uns auf die unter Naturschutz stehende Chanel Island Santa Cruz bringen sollte. Hier haben täglich nur eine begrenzte Anzahl an Touristen Zutritt. Bereits auf der Hinfahrt wurden Delphine und Seelöwen gesichtet. Meeresströmungen haben die Klippen der Insel in Jahrtausenden unterhöhlt. Das Highlight des Teamevents bestand aus einer Kanutour durch diese Höhlen. Anschließend war Zeit für eine gemeinsame Wanderung und Erkundung der einzigartigen Tiere der Insel.
Bei einem gemeinsamen Abendessen wurden alle Teilnehmer herzlich verabschiedet. Diese Summer School lieferte frische Ideen auf fachlicher Ebene und brachte alle Universitäten näher zusammen. So hat die Sommerschule bereits indirekt zu einem ersten wissenschaftlichen Austauschprojekt geführt, dem hoffentlich noch weitere folgen werden.