Glänzendes Wachstum ohne Gold

Max-Planck-Forscher aus Halle präsentieren neue Methode um Nanodrähte aus Silizium herzustellen

27.11.2006

Silizium-Nanodrähte können helfen, Mikrochips weiter zu verkleinern. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik in Halle haben nun erstmals einkristalline Silizium-Nanodrähte gezüchtet, die wichtige Voraussetzungen dafür erfüllen: Sie haben Aluminium als Katalysator verwendet, um die Nanodrähte wachsen zu lassen. Bislang setzten Wissenschaftler zu diesem Zweck vor allem Gold ein. Doch schon Spuren des Edelmetalls beeinträchtigen die Funktion von Halbleiterbauteilen drastisch. Andere Metalle tun das zwar nicht. Sie katalysieren den Prozess aber nur bei Temperaturen, die ihn unwirtschaftlich machen würden. Aluminium dagegen wirkt schon bei relativ niedrigen Temperaturen als Katalysator und verringert die Qualität elektronischer Bauteile nicht. "Das neue Verfahren erfüllt die wichtigsten Bedingungen, um Silizium-Nanodrähte industriell einsetzen zu können", sagt Dr. Stephan Senz, einer der beteiligten Wissenschaftler.

Um Aluminium in so kleine Partikel zu zerlegen, dass sich an ihm die feinen Drähte bilden, erhitzen die Forscher eine dünne Schicht davon auf einer Silizium-Unterlage. Die Folie zerreißt dann in lauter winzige Teilchen. Anschließend gehen die Wissenschaftler wie in schon bekannten Verfahren vor: Sie dampfen Silan, ein siliziumhaltiges Gas, auf die Oberfläche, das sich am Katalysatorpartikel in elementares Silizium umwandelt. Das Silizium löst sich daraufhin in dem Aluminium-Teilchen. Wenn dieses kein weiteres Silizium aufnehmen kann, kristallisiert es an der Unterseite des Partikels wieder aus. So wächst ein einkristalliner Silizium-Nanodraht von etwa 40 Nanometern Durchmesser heran, der an der Spitze ein Katalysatorteilchen trägt.

Die viel versprechende Forschung an Halbleiter-Nanodrähten bewegt sich an der Schnittstelle von Grundlagenforschung und technischer Anwendung. "Neben ihrem denkbaren Einsatz in der Halbleiterindustrie sind die Nanodrähte sehr interessant für die physikalische Grundlagenforschung, da über ihre Eigenschaften und ihr Wachstum noch nicht viel bekannt ist", erläutert Senz, "bei noch etwas kleineren Dimensionen würden sogar Quanteneffekte auftreten."

Originalveröffentlichung: Y. Wang, V. Schmidt, S. Senz, U. Gösele; "Epitaxial Growth of Silicon Nanowires using an Aluminium Catalyst"; Nature Nanotechnology 2006.

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