Nanodrähte gelten als vielversprechendes Baumaterial für zukünftige Elektronikanwendungen. Jetzt haben Forscher die Züchtung solcher Halbleiter-Drähte durch neue Methoden verbessert. Wie sie in „Nanotechnology“ berichten, erlaubt ein spezieller Lochabstand der „Zuchtstation“ besonders lange Drähte.
Nanodrähte – wenige Nanometer dünne, langgestreckte Objekte aus Metall, Halbmetall oder Halbleitermaterial – eröffnen in Elektronik und Optik neue Möglichkeiten. Sie erlauben es, elektronische Schaltungen kompakter zu bauen, als dies über traditionelle Verfahren möglich ist. Gerade Nanodrähte aus Verbindungshalbleitern besitzen dabei hervorragende Transporteigenschaften. Bei entsprechenden Bedingungen wachsen Nanodrähte zudem ganz von selbst – bei einigen Stoffen begünstigt die Kristallstruktur das Wachstum. Bei anderen Substanzen muss man nachhelfen.
So werden Halbleiter- Nanodrähte meist mithilfe eines Katalysators erzeugt. Dieser begünstigt den Einbau der Atome in den Nanodraht und bestimmt unter anderem den Durchmesser des Nanodrahts. Für den Einsatz in der Industrie besteht die Kunst darin, möglichst fehlerfreie Drähte von einheitlicher Dicke und Zusammensetzung zu produzieren. Einem Forscherteam um Elisabeth Reiger und Josef Zweck von der Universität Regensburg gelang es nun, eine neue Methode zur Kontrolle von Nanodrahtwachstum zu entwickeln.
Löcher im Siliziumdioxid als „Zuchtstation“
Zur Herstellung von Nanodrähten aus Galliumarsenid, einem Verbindungshalbleiter, verwendeten die Forscher flüssige Gallium- Tröpfchen als Katalysator für das Nanodrahtwachstum. Durch Elektronenstrahllithographie und nasschemischem Ätzen wurden Siliziumdioxid-Schichten vorstrukturiert. Die so erzeugten Löcher mit einem Durchmesser von rund 85 Nanometern waren quadratisch angeordnet, der Lochabstand variierte von 200 Nanometer bis zwei Mikrometer.
Lochabstand bestimmt Länge der Drähte
Abhängig vom Lochabstand stellten die Wissenschaftler – bei identischen Wachstumsbedingungen – eine unterschiedliche Nanodrahtwachstumsrate fest. Die durchschnittliche Erfolgsquote betrug insgesamt etwa 20 Prozent, vermutlich aufgrund uneinheitlicher Ätzprozesse. Die besten Ergebnisse erzielten die Forscher in Abschnitten mit einem Lochabstand von 200 bis 250 Nanometern: Hier entstanden die mit fünf Mikrometern längsten Nanodrähte mit einem typischen Durchmesser von 80 bis 100 Nanometern. Bei größeren Lochabständen verringerte sich dagegen die durchschnittliche Länge der Nanodrähte.
In den nächsten Monaten wird es darum gehen, das Verfahren zu verfeinern. So soll der Ätzprozess verbessert werden, um die Erfolgsquote des Nanodrahtwachstums deutlich zu erhöhen. Angestrebtes Ziel ist, an jedem vordefinierten Ort einen Nanodraht zu erzeugen. Die Beobachtungen zu den vom Lochabstand abhängigen Wachstumsraten helfen dabei, den Wachstumsprozess der Nanodrähte besser zu verstehen. Durch eine Anpassung der Wachstumsbedingungen sollten beliebige Abstände zwischen den Nanodrähten realisierbar sein. Die so erzielte Kontrolle über den „Wachstumsort“ von Nanodrähten ist eine entscheidende Voraussetzung für die Herstellung von Nanodraht-basierten Bauelemente. (Nanotechnology 2010, DOI: 10.1088/0957-4484/21/43/435601)
(Universität Regensburg, 16.12.2010 – NPO)
