Alkohol ermöglicht gute Kohlenstoff-Halbleiter

Einem Forscherteam unter Führung der Duke University ist es gelungen, gut ausgerichtete Bündel ausschließlich halbleitender Kohlenstoff-Nanoröhren zu züchten.

Das ebnet den Weg, zuverlässige elektronische Nanoschaltkreise in Skalen von Milliardstel Metern zu fertigen, sagt Jie Lie, Duke-Chemieprofessor und Forschungsleiter. Gelungen ist die Fertigung in einem Verfahren, das auf eine Mischung von Alkoholen und Gasen zur Züchtung der Nanoröhren setzt.

„Das sieht wirklich nach einem echten Durchbruch aus“, kommentiert Christoph Strunk, Physiker an der Universität Regensburg, im Gespräch mit pressetext.

„Gerade für die Anwendung als Transistor sind halbleitende Kohlenstoff-Nanoröhren sehr interessant“, erklärt Strunk. Dabei ist es sehr wichtig, die Beimischung metallischer Nanoröhren zu vermeiden. Mit bisherigen Herstellungs-Ansätzen war das nicht der Fall, da zu viele Nanoröhren metallische Eigenschaften zeigten und in Transistoren zu Kurzschlüssen führen. Deshalb verspricht die jetzt entdeckte Methode großes Potenzial für die Anwendung der Nanoröhren. „Das ist wohl der Heilige Gral auf dem Gebiet“, meint Liu. Alle Faktoren wie die Kontrolle über die Position, die Ausrichtung und der elektronischen Eigenschaften der Nanoröhren seien vereint. „Wir sind in der Position, große Mengen an Elektronik wie Feldeffekt-Transistoren für große Ströme und Sensoren zu fertigen“, sagt der Wissenschaftler.

Schon im April 2008 hatte das Duke-Team einen Ansatz vorgestellt, der die Fertigung vieler gerader parallel verlaufender Kohlenstoff-Nanoröhren ermöglicht. Allerdings hatte damals nur ein Teil der Nanoröhren halbleitende Eigenschaften, während der Rest sich metallisch verhielt. Jetzt wurde ein Verfahren gefunden, mit verschiedenen Mischungen der Alkohole Ethanol und Methanol sowie der Gase Argon und Wasserstoff das Wachstum der Nanoröhren auf einem Quarz-Einkristall voranzutreiben. „Wir haben festgestellt, dass wir mit der richtigen Mischung der beiden Alkohole mit Argon und Wasserstoff rein halbleitende Nanoröhren züchten können“, sagt Liu. Mehr als 95 Prozent der entstehenden Nanoröhren haben halbleitende Eigenschaften, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin Nano Letters.

Die Methode wurde zum Patent angemeldet, bietet aber noch weiteres Forschungspotenzial. Die Wissenschaftler wollen besser verstehen, wie genau die Änderung an der Wachstums-Gasmischung zu rein halbleitenden Nanoröhren geführt hat. Auch interessiert sie, ob andere Mischungen zu rein metallischen Ausprägungen führen könnten. „Es wäre wirklich sehr interessant, eine wirklich vollständige Kontrolle auch über die genauen halbleitenden Eigenschaften zu erzielen“, meint dazu Strunk. Die Züchtung rein metallischer Kohlenstoff-Nanoröhren wäre wissenschaftlich ebenfalls wertvoll. „Die metallischen Nanoröhren sind für die Grundlagenforschung interessanter“, erklärt Strunk. Denn sie haben teils ungewöhnliche, von anderen Materialien bislang nicht bekannte Eigenschaften.