Ionenstrahl lässt Nanodrähte wachsen - in Smiley-Form

19. Dezember 2011, 23:19
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Silizium-Nanodrähte lassen sich mit einer neuen Methode schneller und effektiver als bisher herstellen

Wien - Einer Forschungsgruppe der Technischen Universität Wien ist es gelungen, ein gefragtes Strukturelement für elektronische Bauelemente mit Hilfe einer neuen Methode schneller und effektiver als bisher herzustellen. Dies zeigten sie unter anderem damit, dass sie einen Smiley aus den Silizium-Nanodrähten wachen ließen - der es Ende September auf das Titelblatt der Fachzeitschrift "Nanotechnology" geschafft hat. Dies gab die TU Wien am Montag in einer Aussendung bekannt.

Herstellungsmethoden

Ultradünne Drähte aus Silizium wachsen zu lassen, ist heute ein wichtiges Ziel in der Materialwissenschaft. Silizium-Drähte im Nanometerbereich haben nämlich ganz spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die sie zu einem höchst attraktiven Material für Transistoren, Solarzellen oder speziellen LEDs machen. Allerdings sind solche Silizium-Drähte sehr schwer herzustellen. Die nun an der TU Wien entwickelte neue Methode bringt die winzigen Drähte mit Hilfe eines Ionenstrahls zum Wachsen.

Theoretisch können die Silizium-Fädchen, die nur etwa hundert Nanometer messen, 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 dies aber viel zu lange dauert, beschleunigt man beim heute weit verbreiteten "Vapour-Liquid-Solid-Verfahren" die Reaktion mit Gold, das als Katalysator wirkt: "Winzige Goldtröpfchen auf den Nanodrähten können Silizium-Atome adsorbieren und durch das Gold hindurch zum Nanodraht gelangen lassen, wo sich die Atome dann anlagern", erklärt Alois Lugstein vom Institut für Festkörperelektronik.

Allerdings beeinflusst das Gold die elektronischen Eigenschaften der Nanodrähte und vermindert dadurch ihre Leistungsfähigkeit. Auch andere Herstellungsmethoden bringen entscheidende Nachteile mit sich: Manche funktionieren nur bei sehr hohen Temperaturen, andere nur im Ultrahochvakuum.

Einsatz von Gallium-Ionen

Elektrotechniker an der TU Wien gehen daher einen anderen Weg - und kommen dabei ohne Gold oder extreme äußere Bedingungen aus: Mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls werden Gallium-Ionen in einen Siliziumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert. Danach wird das Silizium auf 500°C erhitzt, wodurch die Gallium-Ionen an die Oberfläche des Siliziumkristalls wandern. Nun spielen die Gallium-Ionen eine ganz ähnliche Rolle wie die Goldtröpfchen im klassischen "Vapour-Liquid-Solid-Verfahren".

In einer Atmosphäre, die das siliziumhaltige Gas Silan enthält, lagert sich mit Hilfe der Gallium-Ionen das Silizium am Kristall an. Dabei können extreme Wachstumsraten von mehreren Mikrometern pro Minute erreicht werden - für den Nanobereich eine fantastische Wachstumsrate. Bei dieser Methode kann durch gezielten Beschuss mit Gallium-Ionen präzise festgelegt werden, wo die Nanostrukturen wachsen sollen und wo nicht - was der Smiley aus Nanodrähten beweist. (red)

  • Der Smiley aus Silizium-Nanodrähten
    foto: tu wien

    Der Smiley aus Silizium-Nanodrähten

  • Detailaufnahme eines Smiley-Auges
    foto: tu wien

    Detailaufnahme eines Smiley-Auges

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