Kontrolliertes Züchten von Nanodrähten führt zu selbst-integrierten Schaltkreisen

31.07.2013

Forscher der Nanoelektronik arbeiten mit winzigen Komponenten und werden mit einer Herausforderung konfrontiert, die denen von Eltern mit kleinen Kindern ähnelt: Sie müssen ihnen beibringen, wie sie allein zurechtkommen. Die Nanoteile sind so winzig, dass es geradezu unmöglich ist, sie mit externen Werkzeugen anzuordnen. Die einzige Lösung ist es, Bedingungen zu schaffen, in denen man ihnen eine selbstständige Anordnung "zutrauen" kann.

 
Große Anstrengungen wurden unternommen, die Selbstanordnung der Halbleiter, den Basisbausteinen der Elektronik, zu ermöglichen, aber bisher war der Erfolg darin äußerst begrenzt. Wissenschaftler haben Methoden entwickelt, um Halbleiter-Nanodrähte auf Oberflächen vertikal zu züchten, aber die entstandenen Strukturen waren zu kurz und ungeordnet. Nach dem Heranwachsen müssen solche Nanodrähte "geerntet" und horizontal geordnet werden. Da eine solche Platzierung zufällig verläuft, müssen die Wissenschaftler ihre Platzierung festlegen und sie dann in die Schaltkreise integrieren.
 
Ein Team unter Leitung von Prof. Ernesto Joselevich aus dem Fachbereich Materialien und Grenzflächen am Weizmann Institut hat es geschafft, diese Beschränkungen zu überwinden. Zum ersten Mal schafften es Wissenschaftler selbst-integrierende Nanodrähte zu züchten, deren Position, Länge und Ausrichtung vollkommen kontrolliert werden kann.
 
Diese Errungenschaft, über die kürzlich in den Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) in den USA berichtet wurde, basierte auf einer Methode, die Joselevich bereits vor zwei Jahren für das Züchten von horizontal angeordneten Nanodrähten entwickelt hatte. In der gegenwärtigen Studie, die Joselevich in seinem Labor gemeinsam mit Dr. Mark Schvartzman und David Tsivion und mit Olga Raslin und Dr. Diana Mahalu aus dem Fachbereich Physik der kondensierten Materie durchführte, gingen die Wissenschaftler noch einen Schritt weiter und kreierten selbst-integrierte Schaltkreise für Nanodrähte.
 
Zuerst bereiteten die Wissenschaftler eine Oberfläche mit winzigen Rillen im Durchmesser eines Atoms vor und fügten in der Mitte der Rillen Katalysatorteilchen hinzu, die als Kerne für das Züchten von Nanodrähten dienten. Diese Konstruktion definierte die Position, Länge und Ausrichtung der Nanodrähte. Danach schafften sie es, von jedem Nanodraht auf der Oberfläche einen Transistor zu schaffen, d.h. im Endeffekt schufen sie hunderte solcher Transistoren gleichzeitig. Die Nanodrähte wurden auch dazu benutzt, um komplexere elektronische Komponenten zu schaffen – einen funktionierenden Logik-Schaltkreis, der sich "Address Decoder" nennt und einen essenziellen Bestandteil von Computern darstellt. Für diese Ideen und Entdeckungen wurde Joselevich mit dem angesehenen ERC Advanced Investigators Grant des Europäischen Forschungsrats ausgezeichnet.
 
"Unsere Methode ermöglicht es zum allerersten Mal, die Anordnung der Nanodrähte für gewünschte Schaltkreise im voraus festzulegen," erläutert Joselevich. Die Fähigkeit, auf effektive Weise Schaltkreise aus selbst-integrierenden Halbleitern zu schaffen, eröffnet diverse Möglichkeiten für technologische Anwendungen, einschließlich der Entwicklung von besseren LED-Teilen, Lasern und Solarzellen.
 
 
Prof. Ernesto Joselevichs Forschungsarbeit wird finanziert von der Carolito Stiftung und dem Europäischen Forschungsrat.
 

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