Science
11/03/2016

TU Wien macht Goldkontakte 250.000-mal leitfähiger

Forscher nutzen Wasser, um winzige Strukturen aus reinem Gold herzustellen.

Die Erzeugung von Strukturen aus reinem Gold ist eine der großen Herausforderungen in der Nanotechnologie. An der Technischen Universität Wien ist es gelungen, die Reinheit von 3-D-Goldnanostrukturen mit Hilfe von Wasser dramatisch zu verbessern. Seine besondere Rolle in der Nanotechnologie verdankt Gold seinen chemischen und elektronischen Eigenschaften. Es wird etwa für die Herstellung elektrischer Kontakte oder als Schnittstelle zwischen Licht und Elektronik genutzt. Die Reinheit des Materials ist dabei entscheidend.

Mit lithografischen Verfahren, bei denen die Goldstrukturen auf eine ebene Fläche „gedruckt“ werden, ist es möglich, zweidimensionale Strukturen mit dem erforderlichen Reinheitsgrad zu erzeugen. Die Herstellung dreidimensionaler Goldnanostrukturen auf unebenen Flächen stellt dagegen eine große Herausforderung dar. Die TU-Forscher nutzten den feinen Elektronenstrahl eines herkömmlichen Elektronenmikroskops in Kombination mit einer gasförmigen, organischen Goldverbindung, um die gewünschten Strukturen zu erzeugen. Der Strahl zerlegt die Moleküle nahe an der Oberfläche und scheidet das Gold punktgenau ab.Das Problem war bisher, dass auch Reste der organischen Verbindung zurückblieben.

Wasser als Lösung

Die Lösung dafür brachte Wasser. Der Ablauf ist noch nicht vollständig geklärt, aber das Wasser dürfte die Oberfläche vor den Verunreinigungen schützen und zudem durch Oxidation den unerwünschten Kohlenstoff entfernen. So gelang es, Nanostrukturen aus nahezu reinem Gold zu erzeugen, was die Leitfähigkeit um das 250.000-fache steigert. Die Anwendungsgebiete sind vielfältig, wie Projektleiter Heinz Wanzenböck im Gespräch mit der futurezone sagt: "Es gibt drei wesentliche Anwendungsbereiche. Unsere hochreinen Goldstrukturen könnten als Verbindungselemente für zukünftige Mikroelektronik-Bausteine genutzt werden, etwa um hochempfindliche Silizium-Nanodrähte oder Graphenbänder elektrisch zu kontaktieren. Im Bereich Nanoplasmonics könnten unsere Strukturen als Bindeglied zwischen optischen und elektronischen Systemen dienen, etwa in der biologischen Analytik. Auch eine Anwendung als Katalysator oder Sensorbaustein auf Mikrochips wäre denkbar, etwa zum Nachweis von bestimmten Enzymen."

Zudem ließe sich auch die Sensitivität bestimmter Sensoren durch die verbesserte Leitfähigkeit steigern sowie die Reparatur von Schaltungen oder Lithografiemasken ermöglichen. Ein Einsatz in herkömmlichen Mikrochips, etwa um die Wärmeentwicklung zu verringern, ist aus heutiger Sicht eher unwahrscheinlich, da es dort kostengünstigere Verfahren gibt, die Kontakte herzustellen. Das Verfahren ist ressourcensparend aber relativ teuer. Weil die nötigen Goldverbindungen aufwändig hergestellt Spezialchemikalien sind, kostet ein Gramm des Vorläufermaterial etwa 2000 Euro - damit können an der TU dann allerdings auch ein Jahr lang Nanostrukturen abgeschieden werden.

Für Wanzenböck ist das neue Verfahren ein "sehr mächtiges Nischenwerkzeug, also kein Schweizermesser, sondern ein Skalpell", mit großem Potenzial in den beschriebenen Bereichen. An der TU wird weiter an der Technik geforscht. "An der Reinheit können wir nicht mehr viel verbessern, jetzt geht es vor allem um die Strukturtreue und den Einsatz in Applikationen", sagt Wanzenböck.