Photostrom in höchster Auflösung

  • 08. June 2012

Bauteile aus Kohlenstoff-Nanoröhren wurden erstmals mit der erforderlichen räumlichen Auflösung für Mikroelekronik-Bauteile optoelektronisch charakterisiert.

Die bisher gängige Silizium-basierte Technologie wird bei der fortschreitenden Miniaturisierung in der Elektronik bald an fundamentale physikalisch-technische Grenzen stoßen. Kohlenstoff-Nanoröhren haben großes Potenzial, diese Limitierung zu überwinden. Einzelne Kohlenstoff-Nanoröhren könnten in einem Bauteil beispielsweise als Transistor, Lichtabsorber oder Licht-Emitter funktionieren.

Abb.: Schema der Messmethode für die gleichzeitige Bestimmung von elektrischen und optischen Signalen der Nanoröhren mithilfe einer plasmonischen Nanoantenne. (Bild: N. Rauhut, ACS Nano)

Abb.: Schema der Messmethode für die gleichzeitige Bestimmung von elektrischen und optischen Signalen der Nanoröhren mithilfe einer plasmonischen Nanoantenne. (Bild: N. Rauhut, ACS Nano)

Die winzigen Kohlenstoffröhren sind nur etwa einen Nanometer dünn. Die Charakterisierung ihrer optischen und elektrischen Eigenschaften sollte daher idealerweise in derselben Größenskala stattfinden. Mithilfe einer optischen Antenne - einer laserbeleuchteten scharfen Goldspitze - konnte Achim Hartschuh mit seinem Team von der LMU München nun erstmals gleichzeitig elektrische und optische Signale der Nanoröhren auf der Nanoskala erfassen. Bisher angewandte konventionelle konfokale Techniken bieten nicht die erforderliche räumliche Auflösung.

Die optische Antenne dagegen verstärkt die Signale einzelner Nanostrukturen und erlaubt Einblicke in höchster Auflösung: „In unserer Arbeit zeigen wir erstmals Photostromdaten mit einer Auflösung von weniger als 30 Nanometer, die an einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhren aufgenommen wurden“, sagt Hartschuh. Die Methode der spitzenverstärkten optischen Nahfeldmikroskopie wurde von Hartschuhs Team bereits in der Vergangenheit vielfältig eingesetzt und nun weiterentwickelt.

Die räumliche Auflösung des Photostromsignals entspricht dabei recht genau den theoretischen Erwartungen. „Neben den Kohlenstoffnanoröhren könnte unsere Methode beispielsweise auf anorganische Halbleiternanodrähte und möglicherweise auch auf Solarzellen sowie darin verwendete Materialien angewandt werden“, sagt Hartschuh, der auch dem „Center for NanoScience“ (CeNS) der LMU sowie dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) angehört.

GÖD/LMU / PH

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