Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Graphen und Galliumarsenid: Zwei perfekte Partner finden sich

14.09.2009
Die PTB hat erstmals Graphen auf Galliumarsenid sichtbar gemacht - Kombination zweier einzigartiger Elektronikmaterialien gelungen

Es ist die Heirat zweier Top-Kandidaten für die Elektronik der Zukunft, beide exzentrisch und äußerst interessant: Graphen, der eine Partner, ist ein extrem dünner Geselle und zudem noch sehr jung an Jahren. Erst 2004 gelang es, die einzige Lage Kohlenstoffatome gezielt herzustellen und zu untersuchen.

Seine elektronischen Eigenschaften sind bemerkenswert, unter anderem weil sich seine Elektronen so ungeheuer schnell bewegen können. Ein perfekter Partner für Galliumarsenid, den Halbleiter, der sich in seinen elektrischen Eigenschaften maßschneidern lässt und der das Ausgangsmaterial der schnellsten elektrischen und opto-elektronischen Bauelemente ist.

Zudem lässt sich Galliumarsenid mit einer atomlagen-glatten Oberfläche herstellen; das sollte gut als Unterlage für Graphen passen. Jetzt ist es Wissenschaftlern der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) mit Hilfe eines speziellen Designs gelungen, Graphen auf Galliumarsenid sichtbar zu machen. Bisher ging das nur auf Siliciumoxid. Nun, da sie die Graphenschicht, die dünner als eine tausendstel Licht-Wellenlänge ist, mit dem Lichtmikroskop betrachten können, wollen die Forscher die elektrischen Eigenschaften ihrer neuen Material-Kombination messen. Als Experten für Präzisionsmessungen sind die PTB-Physiker dafür besonders gut gerüstet.

Sie nutzten das Prinzip der Anti-Reflexschicht: Bringt man auf ein Material eine sehr dünne, fast transparente Schicht eines anderen Materials auf, dann ändert sich die Reflektivität der unteren Schicht deutlich sichtbar. Um ihre untere Schicht aus Galliumarsenid (plus Graphen-Atomlage) sichtbar zu machen, wählten die PTB-Physiker Aluminiumarsenid (AlAs). Das ist allerdings in seinen optischen Eigenschaften dem Galliumarsenid (GaAs) so ähnlich, dass sie ein bisschen tricksen mussten: Sie dampften nicht nur eine, sondern mehrere hauchdünne Schichten auf. "So kann man selbst bei optisch ähnlichen Materialien Interferenzeffekte gewissermaßen 'züchten'", erläutert Dr. Franz-Josef Ahlers, der zuständige Fachbereichsleiter in der PTB. "Dieses Prinzip kennt man von optischen Interferenzfiltern. Wir haben es für unsere Zwecke angepasst."

Zunächst haben er und seine Kollegen die optischen Eigenschaften verschiedener GaAs- und AlAs-Schichten berechnet und die Schichtfolgen so optimiert, dass sie eine hinreichend gute Erkennbarkeit von Graphen erwarten ließen. Nach diesem Rezept schritten sie zur Tat und stellten mit der Molekularstrahl-Epitaxieanlage der PTB einen entsprechenden GaAs/AlAs-Kristall atomlagen-genau her. Dann wurde er nach dem gleichen Verfahren wie beim Siliciumoxid mit Graphit-Fragmenten belegt. "Anders als bei Silicium, aber wie von der Rechnung vorhergesagt, sind Einzel-Kohlenstofflagen zwar nun nicht mehr mit allen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes sichtbar; jedoch kann man z.B. mit einem simplen Grünfilter den Wellenlängenbereich so einschränken, dass das Graphen problemlos zu erkennen ist", erklärt Ahlers.

Im Foto sind auf dem dunklen GaAs alle helleren Bereiche von Graphen bedeckt. Aus dem Grad der Aufhellung kann man sogar auf die Anzahl der einzelnen Atomlagen schließen. Die markierten Bereiche sind 'echtes', also einlagiges Graphen. Aber daneben gibt es auch Zwei-, Drei- und Mehrfachlagen von Kohlenstoffatomen, die ebenfalls interessante Eigenschaften haben. Diese Zuordnung wurde noch einmal mit einem anderen Verfahren, der Raman-Spektroskopie, bestätigt.

Nach einer solch einfachen Identifizierung mit einem normalen Lichtmikroskop sind nun die weiteren Schritte zur Herstellung elektrischer Bauelemente aus den Graphen-Flächen problemlos möglich. So können die PTB-Wissenschaftler jetzt damit beginnen, die elektrischen Eigenschaften der neuen Materialkombination exakt zu messen.

(es/ptb)

Die Originalveröffentlichung:
Graphene on Gallium Arsenide: Engineering the visibility. M. Friedemann, K. Pierz, R. Stosch, F. J. Ahlers. Applied Physics Letters, Volume 95, issue 11, issue date 14-SEP-09.

http://arxiv.org/abs/0907.4080

Erika Schow | idw
Weitere Informationen:
http://arxiv.org/abs/0907.4080
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie