Ionenstrahl lässt ultradünne Fäden wachsen

20. Dezember 2011, 19:07
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Elektrotechniker der TU Wien stellen mit neuer Methode Nanodrähte aus Silizium her

Siliziumdrähte im Nanometerbereich haben ganz spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die sie zu einem attraktiven Material für Transistoren, Solarzellen oder speziellen LEDs machen. Allerdings sind solche schwer herzustellen, sagen Experten der Technischen Universität Wien.

Sie haben daher eine neue Methode entwickelt: Mithilfe eines Ionenstrahls werden die winzigen Drähte zum Wachsen gebracht. Sie messen nur etwa hundert Nanometer und versprechen neue Möglichkeiten in der Elektronik. Sie sollen beispielsweise dazu beitragen, die Energieausbeute von Solarzellen zu erhöhen.

Theoretisch können die Siliziumkristalle ganz von selbst entstehen: Wenn ein kleiner Kristall von siliziumhaltigem Gas umgeben ist, kann er einzelne Atome an sich binden und Schicht für Schicht wachsen. Das dauert aber viel zu lang, deshalb beschleunigt man beim heute weitverbreiteten "Vapour-Liquid-Solid-Verfahren" die Reaktion mit Gold, das als Katalysator wirkt: "Winzige Goldtröpfchen auf den Nanodrähten können Siliziumatome adsorbieren und durch das Gold hindurch zum Nanodraht gelangen lassen, wo sich die Atome dann anlagern", erklärt Alois Lugstein vom Institut für Festkörperelektronik. Das Gold vermindert jedoch die Leistungsfähigkeit der Nanodrähte. Auch andere Herstellungsmethoden bringen Nachteile mit sich: Manche funktionieren nur bei sehr hohen Temperaturen, andere nur im Ultrahochvakuum.

Die Elektrotechniker an der TU Wien kommen ohne Gold oder extreme äußere Bedingungen aus: Mithilfe eines fokussierten Ionenstrahls werden Galliumionen in einen Siliziumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert. Danach wird das Silizium auf 500 Grad Celsius erhitzt, wodurch die Galliumionen an die Oberfläche des Siliziumkristalls wandern. Nun spielen die Galliumionen eine ganz ähnliche Rolle wie die Goldtröpfchen im "Vapour-Liquid-Solid-Verfahren".

In einer Atmosphäre, die das siliziumhaltige Gas Silan enthält, lagert sich mithilfe der Galliumionen das Silizium am Kristall an. Dabei können Wachstumsraten von mehreren Mikrometern pro Minute erreicht werden. Was im Nanobereich eine hohe Wachstumsrate bedeutet. Bei dieser Methode kann durch gezielten Beschuss mit Galliumionen präzis festgelegt werden, wo die Nano-strukturen wachsen sollen und wo nicht. (red/DER STANDARD, Printausgabe, 21.12.2011)

  • Das an der TU Wien entwickelte Verfahren lässt Nanodrähte gezielt wachsen.
    foto: tu wien

    Das an der TU Wien entwickelte Verfahren lässt Nanodrähte gezielt wachsen.

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