Düngung für Nanodrähte

  • 19. December 2011

Mit einem Ionenstrahl lassen sich Nanodrähte aus Silizium herstellen. Diese sind womöglich wichtig für künftige elektronische Bauelemente.

Silizium-Drähte im Nanometerbereich haben ganz spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die sie zu einem höchst attraktiven Material für Transistoren, Solarzellen oder speziellen LEDs machen. Allerdings sind solche Drähte sehr schwer herzustellen. An der Technischen Universität Wien wurde nun eine neue Methode entwickelt, mit Hilfe eines Ionenstrahls die winzigen Silizium-Drähte zum Wachsen zu bringen.

Abb.: Ein Smiley aus Silizium-Nanodrähten. (Bild: TU Wien)

Abb.: Ein Smiley aus Silizium-Nanodrähten. (Bild: TU Wien)

Wären wir Menschen so klein wie eine Ameise, hätten unsere Haare umgerechnet etwa die Dicke der Nano-Drähte: Nur etwa hundert Nanometer messen die Silizium-Fädchen, von denen man sich neue Möglichkeiten in der Elektronik verspricht. Theoretisch können diese Silizium-Kristalle 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. Allerdings dauert das viel zu lange, deshalb beschleunigt man beim Vapour-Liquid-Solid-Verfahren (VLS) 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 der TU Wien.

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.

Abb.: Detailaufnahme vom Auge des Smileys. (Bild: TU Wien)

Abb.: Detailaufnahme vom Auge des Smileys. (Bild: TU Wien)

Elektrotechniker an der TU Wien gingen daher einen anderen Weg – und kamen dabei ohne Gold oder extreme äußere Bedingungen aus: Mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls haben sie Gallium-Ionen in einen Siliziumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert. Danach wurde das Silizium auf 500 Grad Celsius erhitzt, wodurch die Gallium-Ionen an die Oberfläche des Siliziumkristalls wanderten. Nun spielten die Gallium-Ionen eine ganz ähnliche Rolle wie die Goldtröpfchen im klassischen VLS-Verfahren. In einer Atmosphäre, die das siliziumhaltige Gas Silan trug, lagerte sich mit Hilfe der Gallium-Ionen das Silizium am Kristall an. Dabei konnten Wachstumsraten von mehreren Mikrometern pro Minute erreicht werden – für den Nanobereich ein extrem schneller Wuchs.

TU Wien / PH

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