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Forschung
12/19/2011

TU-Wien: Nanodrähte wachsen durch Ionenstrahl

Wissenschaftlern an der Technischen Universität Wien ist es gelungen, mit einer neuen Methode Nanodrähte aus Silizium schneller und effektiver herzustellen. Die Siliziumdrähte spielen heute in der Materialwissenschaft eine wichtige Rolle und finden ihren Einsatz etwa in speziellen LEDs.

Mithilfe eines Ionenstrahls ist es den Forschern an der TU Wien gelungen, die winzigen, ultradünnen Siliziumdrähte zum Wachsen zu bringen. Die Drähte im Nanometerbereich haben spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, wodurch sie als attraktives Material für Transistoren, Solarzellen sowie LEDs gelten. Weil die Siliziumdrähte schwer herzustellen sind, wurde seitens der Forscher nach einer neuen Methode gesucht. Das Ergebnis ist das Wachsenlassen mithilfe des Ionenstrahls.

Alte Methode: Reaktion mit Gold
Die Siliziumfäden messen nur ca. hundert Nanometer. Die Siliziumkristalle können theoretisch von ganz allein 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 sehr sehr lange. Abhilfe schafft das sogenannte “Vapour-Liquid-Solid”-Verfahren, wobei man die Reaktion mit Gold beschleunigt, 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 an der TU Wien. Der Nachteil an der Reaktion mit Gold: Es beeinflusst die elektronischen Eigenschaften der Nonodrähte und vermindert dadurch die Leistungsfähigkeit. Auch andere Herstellungsmethode haben sich bisher als mangelhaft erwiesen, etwa weil sie nur bei sehr hohen Temperaturen funktionieren.

Neuer Weg
Der neue Weg der TU-Forscher fokussiert daher auf den Einsatz des Ionenstrahls, bei dem Gallium-Ionen in einen Sliliziumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert werden. Dann wird das Silizium auf 500 Grad erhitzt, wodurch die Ionen an die Oberfläche des Kristalls wandern. 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 laut den Forschern “fantastische Wachstumsrate”. Bei der neuen Methode kann durch gezielten Beschuss mit Gallium-Ionen präzise festgelegt werden, wo die Nanostrukturen wachsen sollen und wo nicht.

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