Forscher ziehen Silizium-Nanodrähte in Rekordtempo

Forscher der Technischen Universität Wien haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Nanodrähte aus Silizium - ein höchst gefragtes neues Strukturelement für elektronische Bauelemente - schneller und effizienter herstellen lassen. Das teilte die Universität mit.
Diese Silizium-Drähte im Nanometerbereich haben spezielle chemische und physikalische Eigenschaften, die sie zu einem attraktiven Material für Transistoren, Solarzellen oder LEDs machen. Allerdings sind sie bisher nur sehr schwer herzustellen. Das neue Verfahren soll nun mit Hilfe eines Ionenstrahls die winzigen Silizium-Drähte zum Wachsen zu bringen.

Nur etwa hundert Nanometer messen die Silizium-Fäden. 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 lang, deshalb beschleunigt man beim heute weit verbreiteten Vapour-Liquid-Solid-Verfahren die Reaktion mit Gold, das als Katalysator wirkt. Silizium-DrähteSmiley aus Nanodrähten "Winzige Goldtröpfchen auf den Nanodrähten können Silizium-Atome adsorbieren, und durch das Gold hindurch zum Nanodraht gelangen lassen, wo sich die Atome dann anlagern", erklärte Alois Lugstein vom Institut für Festkörperelektronik den Prozess. 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.

Die Elektrotechniker an der TU Wien gehen daher einen anderen Weg - und kommen dabei ohne Gold oder extreme äußere Bedingungen aus. Mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls werden Gallium-Ionen in einen Siliziumkristall knapp unter der Oberfläche implantiert. Danach wird das Silizium auf 500°C erhitzt, wodurch die Gallium-Ionen an die Oberfläche des Siliziumkristalls wandern. Silizium-DrähteDetailaufnahme vom Auge des Smileys Nun spielen die Gallium-Ionen eine ganz ähnliche Rolle wie die Goldtröpfchen im klassischen Vapour-Liquid-Solid-Verfahren. In einer Atmosphäre, die das siliziumhaltige Gas Silan enthält, lagert sich mit Hilfe der Gallium-Ionen das Silizium am Kristall an. Dabei können vergleichsweise schnelle Wachstumsraten von mehreren Mikrometern pro Minute erreicht werden.

Bei dieser Methode kann durch gezielten Beschuss mit Gallium-Ionen außerdem präzise festgelegt werden, wo die Nanostrukturen wachsen sollen und wo nicht. Das bewiesen die Wissenschaftler unter anderem dadurch, dass sie einen Smiley aus Nanodrähten wachsen ließen. Nanodrähte Nanodrähte
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