Schnell und günstig zum photonischen Nano-Bauelement

Sie sind so winzig, dass sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, doch im Verbund vermögen sie Erstaunliches: Sogenannte „Halbleiter-Nanodrähte“ besitzen gerade einmal ein Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares und sind höchstens einen Millimeter lang.

Doch zusammengeschaltet in ebenso winzigen Schaltkreisen können sie zwischen einzelnen Elektronen Strom leiten und damit Licht emittieren. „Damit eignen sich derartige Arrays aus Nanodrähten hervorragend als Leucht- und Laserdioden“, sagt der jüngst an die Friedrich-Schiller-Universität Jena berufene Festkörperphysiker Prof. Dr. Carsten Ronning.

Während sich die winzigen Halbleiter-Nanodrähte aus Zinkoxid heute mittels gängiger chemischer Verfahren leicht herstellen lassen, verhinderte die bislang äußerst aufwändige Herstellung von Nanodraht-basierten Bauelementen deren Einsatz in der Praxis. „Das wird sich jedoch bald ändern“, ist Prof. Ronning überzeugt. Gemeinsam mit Kollegen der renommierten Harvard University und der Universitäten Göttingen und Bremen hat der Jenaer Physiker eine Methode entwickelt, solche Schaltkreise aus Nanodrähten in großer Zahl schnell und kostengünstig zusammenzubauen. Das zum Patent angemeldete Verfahren hat das deutsch-amerikanische Forscherteam jetzt in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nano Letters“ veröffentlicht.

Mit Hilfe der Photolithographie strukturieren die Physiker zunächst eine Siliziumfläche mit Kontakten und deponieren die Nanodrähte darauf. Anschließend werden diese einfach mit einer nicht-leitenden Glasschicht überschichtet, die ausgehärtet wird. „Wenn ein metallischer Kontakt darauf platziert wird, erhalten wir auf diese Weise eine Art Sandwich“, erläutert Prof. Dr. Federico Capasso von der Harvard University. Zwischen der elektrisch leitenden Siliziumfläche am Boden und dem oberen metallischen Kontakt kann eine Spannung angelegt werden, so dass Strom nur durch die Nanodrähte fließt und zum Leuchten anregt.

Um zu zeigen, dass ihr Verfahren geeignet ist, Nanodraht-basierte Bauelemente im großen Maßstab herzustellen, produzierten die Forscher unter der Leitung von Mariano Zimmler (Harvard University) bereits mehrere Hundert solcher Arrays in einem einzigem Prozessdurchgang, die alle als Leuchtdioden funktionierten. „Je nach verwendetem Material der Nanodrähte senden die Dioden ultraviolettes, sichtbares oder infrarotes Licht aus“, so Prof. Ronning.

Mit der Entwicklung dieser Technik kommt der Physiker der Universität Jena auch seinem Forschungsziel näher, Nanodrähte in Zukunft als Laser einzusetzen.

Originalpublikation:
Zimmler MA, Stichtenoth D, Ronning C, Yi W, Narayanamurti V, Voss T, Capasso F. Scalable Fabrication of Nanowire Photonic and Electronic Circuits Using Spin-on Glass. Nano Letters, Online Publication 8 May 2008.
Kontakt:
Prof. Dr. Carsten Ronning
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Helmholtzweg 5, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947300
E-Mail: carsten.ronning[at]uni-jena.de