Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kontrolliertes Wachstum von Nanodrähten

14.12.2010
Regensburger Physiker verbessern Standardmethoden durch Einsatz von Elektronenstrahllithographie und nasschemischem Ätzen – Veröffentlichung in „Nanotechnology“ – Einsatz bei der Herstellung von Nanodraht-basierten Bauelementen möglich

Nanodrähte sind sehr dünne, langgestreckte Objekte aus Metall, Halbmetall oder Verbindungshalbleiter. Aufgrund ihres geringen Durchmessers von ca. 100 Nanometern (nm) bzw. 0,1 Mikrometern (µm) und der verhältnismäßig großen Länge von bis zu 10 Mikrometer werden sie als „eindimensionale Strukturen“ bezeichnet. In den Bereichen der Elektronik und der Optik eröffnen sie ungeahnte Möglichkeiten.


A) Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines Nanodraht-Feldes: Aufgrund der Vorstrukturierung des Substrates sind die Nanodrähte regelmäßig angeordnet. Die Pfeile links unten geben die Richtungen des vordefinierten quadratischen Feldes wieder. B) Nahaufnahme einiger Nanodrähte. Die Galliumtröpfchen, die als Katalysator des Nanodraht-Wachstums dienen, sind als Halbkugeln an den Spitzen der Nanodrähte erkennbar.
Foto: Universität Regensburg

Ob in Flachbildschirmen, in neuartigen Solarzellen oder als Bauelemente für elektronische Schaltkreise – Nanodrähte werden für eine ganze Reihe von Anwendungen erprobt. 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 benutzt man zum Beispiel Einschnitte oder Löcher in Kristalloberflächen oder Nanoporen in Aluminiumoxid als „Gussformen“ für Metall-Nanodrähte. Halbleiter-Nanodrähte werden meist mithilfe eines Katalysators erzeugt. Der Katalysator begünstigt den Einbau der Atome in den Nanodraht und bestimmt unter anderem den Durchmesser des Nanodrahts. In allen Fällen sind Anwendungen aber dadurch eingeschränkt, dass Nanodrähte noch immer schwer zu handhaben sind. Dies bezieht sich zum Beispiel auf die exakte Position der Nanodrähte auf dem Substrat. Für den Einsatz in der Industrie besteht die Kunst darin, möglichst fehlerfreie Drähte von einheitlicher Dicke und Zusammensetzung zu produzieren.

Einem Forscherteam um Dr. Elisabeth Reiger in Kooperation mit Prof. Dr. Josef Zweck vom Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg gelang es nun, eine Methode zur Kontrolle von Nanodrahtwachstum zu entwickeln. Zur Herstellung von Nanodrähten aus Galliumarsenid, einem Verbindungshalbleiter, wurden flüssige Gallium-Tröpfchen als Katalysator für das Nanodrahtwachstum verwendet. Dieses Verfahren ist seit 2008 bekannt und besitzt wesentliche Vorteile gegenüber Standardtechniken, bei denen Metalle und insbesondere Gold als Katalysatormaterial verwendet werden: So weisen die Galliumarsenid-Nanodrähte eine höhere Reinheit sowie eine – im Vergleich – einheitlichere Kristallstruktur auf. Durch eine Vorbehandlung des verwendeten Substrates konnten – im Gegensatz zu dem ursprünglichen Verfahren – gezielt dort Nanodrähte hergestellt werden, wo dies erwünscht war.

Von den Forschern wurden Siliciumdioxid-Schichten durch Elektronenstrahllithographie und nasschemischem Ätzen vorstrukturiert. Die so erzeugten Löcher mit einem Durchmesser von ca. 85 nm waren quadratisch angeordnet, wobei für einzelne Abschnitte der Lochabstand von 200 nm bis 2 µm variiert wurde. Bevorzugt an den geätzten Löchern bildeten sich Gallium-Tröpfchen; an diesen Stellen fand also Nanodrahtwachstum statt. Allerdings entwickelte sich nicht an jeder vordefinierten Stelle ein Nanodraht. Die durchschnittliche Erfolgsquote betrug etwa 20%. Die Forscher führten dies auf uneinheitliche Ätzprozesse zurück, durch die das Siliciumdioxid nicht immer vollständig aus den Löchern entfernt wurde.

Abhängig vom Lochabstand stellten die Wissenschaftler – bei identischen Wachstumsbedingungen – eine unterschiedliche Nanodrahtwachstumsrate fest. In Abschnitten mit einem Lochabstand von 200 nm bis 250 nm entstanden die längsten Nanodrähte mit einer Länge von 5 µm und einem typischen Durchmesser von 80 nm bis 100 nm. Bei größeren Lochabständen verringerte sich die durchschnittliche Länge der Nanodrähte. Diese Beobachtungen der Regensburger Wissenschaftler sind vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift „Nanotechnology“ erschienen (DOI: 10.1088/0957-4484/21/43/435601).

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 unterschiedlichen Wachstumsraten – abhängig vom Lochabstand – sollen zudem dabei helfen, 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.

Die Ergebnisse sind wichtige Vorarbeiten für ein weiteres Nanodrahtprojekt an der Universität Regensburg, bei dem im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB 689) „Spinphänomene in reduzierten Dimensionen“ das Wachstum magnetischer Nanodraht-Strukturen erforscht wird. Es soll untersucht werden, welche Auswirkungen die spezielle Geometrie der Nanodrähte auf ihre magnetischen Eigenschaften hat.

Ansprechpartnerin für Medienvertreter:
Dr. Elisabeth Reiger
Universität Regensburg
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Tel.: 0941 943-4233/2071
Elisabeth.Reiger@physik.uni-regensburg.de

Alexander Schlaak | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT
18.07.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung
17.07.2018 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics