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Nanoelektronik: Kleinste Brücke der Welt in Bochum

26.06.2001


Bei der Arbeit im sog. Reinraum: Das wichtigste Arbeitsgerät ist das Rasterelektronenmikroskop (REM) eigentlich zum Abbilden kleiner Strukturen gedacht, "zeichnet" es hier die Nanostrukturen vor. Bild: RUB


Stehende Elektronenwellen quer zur Engstelle einer Halbleiter-Nanostruktur. Durch die seitliche Begrenzung der Struktur entsteht ein Potentialminimum (schwarze Kurve), in dem die Welle ortsfest "steht". Die Zahl der Knoten bestimmt die Energie der Elektronen, sie ist hier durch die Lage der jeweiligen Grundlinie der Wellen wiedergegeben. Bild: RUB


  • Kleinste Brücke der Welt in Bochum
  • Nanoelektronik: Von Teilchen und Wellen
  • Mit Mikroskopen Furchen pflügen

Etwa alle fünf Jahre verkleinern sich elektronische Einzelbauelemente um die Hälfte. Wie lange kann das noch so weitergehen, ohne dass die Chipindustrie auf unüberwindliche physikalische Grenzen stößt? Mit winzigen Strukturen experimentieren die RUB-Elektrotechniker um Prof. Dr.-Ing. Ulrich Kunze (Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik). Als Nebenprodukt bei der Herstellung von Halbleiter-Nanostrukturen entstand die nur 12 nm dicke kleinste Silicium-Brücke der Welt.

Ultrakleine Bauelemente verhalten sich anders als große

Ab einer gewissen Winzigkeit von Chips wird man vielleicht in ferner Zukunft mit normalen Methoden nicht mehr weiterkommen, weil so genannte "Quanteneigenschaften" zum Tragen kommen: Elektronen haben eine Doppelnatur; sie sind mal Teilchen und mal Welle. In ultrakleinen Strukturen kommt es unter Umständen zu Elektronenwellen, die sich verstärkend oder auslöschend überlagern und die Eigenschaften elektronischer Bauelemente verändern. Dieser für die Chiphersteller ungewohnte und unliebsame Umstand eröffnet Wissenschaftlern jedoch eine Spielwiese. Sie versuchen im Labor, winzigen Bauteilen mit verschiedenen Techniken Strukturen zu geben.

Beschichten, Ritzen, Ätzen - eine Brücke entsteht

Eine Möglichkeit dazu ist die Elektronenstrahllithographie. Diese Technik beruht auf einem Rasterelektronenmikroskop, das mit Hilfe eines Zusatzgerätes zum Schreiben auf Proben dienen kann. Die Probe wird dazu mit einem dünnen Polymerfilm beschichtet, in den der Elektronenstrahl Linien ritzt. Die Probe wandert dann nach einem Entwicklerbad, das die Probe unter der Linie endgültig freilegt, in eine Ätzlösung. Unter der Linie entsteht ein Graben, dessen Abmessungen die Forscher durch Ätzdauer und Art der Ätzlösung bestimmen können. Durch die Verwendung mehrerer Materialien zur Beschichtung, die auf unterschiedliche Ätzlösungen reagieren, gelang es, unterbrochene Gräben herzustellen. An der Stelle einer besonders kleinen Unterbrechung im Graben entstand sie dann: Die kleinste Brücke der Welt. Ihre Dicke entspricht dem 50-fachen Abstand zwischen benachbarten Atomen.

Keine Spielerei

Die Miniatur-Baukunst ist jedoch keine bloße Spielerei: Mit Hilfe von verschiedenen Beschichtungen, Strukturen und ihren Engstellen lässt sich das Verhalten von Elektronen in Halbleitern beeinflussen. So steuern die Wissenschaftler z. B. durch gezielte Barrieren und Engstellen die Wellenbewegungen der Elektronen und weisen dies auch experimentell nach - ein Meilenstein auf der Suche nach verwertbaren Quanteneffekten für neue Bauelemente der Nanoelektronik.

RUBIN 1/01 erschienen

Den vollständigen Beitrag lesen Sie in RUBIN 1/01. Dort finden Sie außerdem folgende Themen: Alarm in der U-Bahn: Mit "NADiS" sicher aus dem Tunnel; Krebsgen gegen Nervenleiden; Chemische Tricks mit molekularen Klümpchen; Checkpoint im Gehirn: Jetzt in der Kulturschale; Simulation Intelligenter Netze; Der Islam und die europäische Kultur; Münzen machen Geschichte. RUBIN ist in der Pressestelle der RUB für 5 DM erhältlich.

Weitere Informationen

Prof. Dr.-Ing. Ulrich Kunze, Lehrstuhl für Werkstoffe der Elektrotechnik, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-22183/-22300, Fax: 0234/32-14166, E-Mail: kunze@lwe.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw

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