05/09/2018 - Nanotechnologie. Halbleiternanohile werden in der Elektronik der Zukunft Schlüssel sein

Menéame

Forscher der Autonome Universität Madrid (UAM) haben eine innovative Methode zur kontrollierten Synthese entwickelt, Nano- Halbleiter-Materialien in Form von Fäden. Diese Nanostrukturen haben einen Durchmesser von weniger als 60 Nanometer und eine Länge, die mehrere Dutzend Mikron erreichen kann.

Die Methode, die in einem CBE-System durchgeführt wird, ist revolutionär und einzigartig in der UAM und ist ein wichtiger Schritt zur Entwicklung neuer Technologien wie hocheffiziente Photovoltaikzellen, hochempfindliche Photodetektoren und energiesparende elektronische Schaltungen mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit.

Die Arbeit wurde in der Zeitschrift ACS Nano Letters von der Gruppe Elektronik und Semiconductors der Abteilung für Angewandte Physik der UAM, unter der Leitung von Dr. Basilius J. Garcia - eine der wenigen Gruppen weltweit, die aktiv an diesem System arbeiten

Nanohilos

Die als Nanohilos bezeichneten Strukturen zeichnen sich durch ein hohes Erscheinungsverhältnis (Länge/Durchmesser) aus, so dass ihr Durchmesser viel kleiner ist als ihre Länge (etwa hundertmal kleiner), was dem Nanohilo eine immense effektive Fläche im Vergleich zu seinem Volumen verleiht.

Aufgrund dieser wichtigen Eigenschaft werden Nanohilos als eine der Zukunftsalternativen zur Verbesserung der konventionellen, auf dünnen Folien basierenden Technologie betrachtet.

"Anwendungen wie Lichtsensoren, Chemikalien, Temperatur oder Druck können von dieser einzigartigen Eigenschaft der Nanohilos profitieren und die Empfindlichkeit elektronischer Geräte erhöhen und gleichzeitig die Herstellungskosten, die Größe und das Gewicht senken," so Dr. Garcia.

Außerdem können Nanohilos verwendet werden, um Quanten- und Frachttransportphänomene zu untersuchen, die in anderen konventionellen Strukturen nicht zu beobachten sind, die als dicke Schichten oder dünne Folien bekannt sind.

Wachstum von Nanohilos

Die Forscher der UAM haben in ihrer Veröffentlichung eine Pioniermethode beschrieben, um die Herausforderung zu bewältigen, Nanohilos aus Materialien zu erhalten, die in der heutigen Technologie (Handybildschirme, Solarzellen, elektronische Computerschaltungen usw.) verwendet werden, wie etwa Halbleiter-Verbindungen III-V (GaAs, AlGaAs usw.).

Die Methode vereinfacht weitere komplexere Verfahren, die bisher zum Wachstum von Nanohilos eingesetzt wurden. Es wurde in einem System entwickelt, das als Epitaxie von chemischen Strahlen (chemical beam epitaxy, CBE) bekannt ist, wo das Wachstum in einer Vakuum-Hochraumkammer (d.h. bei sehr niedrigem Druck, mit einem Vakuumniveau ähnlich dem im Weltraum) erfolgt.

Das Wachstum der Galliumarsenid-Nanohilos (GaAs) wurde auf Silizium-Substraten durchgeführt. Dies erforderte, entsprechend der Arbeit, eine umfassende Kalibrierung der experimentellen Bedingungen - Flüsse der Vorläufergase des Elements III (Ga) und des Elements V (As) sowie der Vorbereitung des Substrats, auf dem die Nanohile und ihre Temperatur synthetisiert wurden. Auf diese Weise ermöglicht das System eine umfassende Kontrolle des Wachstums der Nanohilos und ermöglicht es, die Entwicklung ihrer Kristallstruktur, d. h. ihrer Reinheit, in Echtzeit zu überwachen.

"Nachdem die Tropfen Galliumtropfen auf die leicht rostige Oberfläche des Substrats gelegt haben und ihre Dichte und Größe kontrollieren, wirken die Tropfen wie Fallen, die die Atome Ga und As erfassen, die an die Oberfläche gesendet werden," so Dr. Garcia.

"Wenn diese Tropfen von As übersättigt werden," so fuhr der Forscher fort," fängt der GaAs-Nanohil an, unter dem Tropfen zu wachsen. Die dünne Schicht aus Siliziumoxid verhindert, dass die Nanohilos anderswo wachsen. Das Ergebnis ist ein spektakuläres Wachstum von praktisch identischen Nanosilien" (siehe oberes Bild, das durch elektronische Abtastmikroskopie aufgenommen wird).

Durch den Einsatz eines hochenergetischen Elektronenstrahls auf der Wachstumsfläche können Forscher das Wachstum von Nanohilo und seiner perfekten Kristallstruktur beobachten und feststellen, ob das Wachstum anderer Arten von Parasitenkristallen oder sogar Defekte entlang der Nanohilosstruktur stattfindet.

"Die chemische Behandlung von Substraten, auf denen die Nanohilos wachsen, vor und während des Wachstumsprozesses hat sich, wie in dieser Publikation erläutert, als Schlüssel erwiesen, um Nanohilos mit hohen Erscheinungsverhältnissen und einer kristallklaren Qualität zu erhalten, die der idealen Qualität für diese Art von Material entspricht," so die Forscher abschließend.

Bibliographische Referenz:

Carlos García Núñez, Alejandro F. Braña, Nair Lopez, Basilius J. Garcia "A Novel Growth Method to Improve the Quality of GaAs Nanowires Grown by Ga-Assisted Chemical Beam Epitaxy" Nano Letters. DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00702.

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Autonome Universität Madrid

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