Hybrid-Nanodrähte für schnellere Chips
Forschern gelingt Einbettung von Halbleiter-Kristallen in einem Silizium-Nanodraht.
Hybrid-Nanodrähte könnten in Zukunft die Unterbringung sehr schneller und multifunktionaler Recheneinheiten auf einem einzigen Chip ermöglichen. Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, nahezu perfekte Halbleiter-Kristalle in einem Silizium-Nanodraht einzubetten. Damit steht eine neue Methode für die Herstellung von Hybrid-Nanodrähten zur Verfügung.
Abb.: Das Indiumarsenid (grün-cyan) ist perfekt in den Nanodraht (blau) integriert. (Bild: Glaser, TU Wien / Conesa-Boj, EPFL)
Die Nano-Optoelektronik gilt als Grundpfeiler zukünftiger Chiptechnik, doch die Forschung steht dabei vor großen Herausforderungen. Neben der stetigen Verkleinerung der elektronischen Bauelemente ist dies vor allem die Einbettung von Verbindungs-Halbleiter in die üblichen Materialien. Im Gegensatz zu Silizium besitzen solche Halbleiter besonders bewegliche Ladungsträger und können so die Leistungsfähigkeit siliziumbasierter CMOS-Technik verbessern.
Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf, der TU Wien und der Marie-Sklodowska-Universität Lublin sind nun beiden Zielen einen Schritt näher gekommen: Sie integrierten Verbindungs-Halbleiter-Kristalle aus Indiumarsenid in Silizium-Nanodrähte, welche sich ideal für die Konstruktion immer kompakterer Chips eignen.
Bislang lag in dieser Integration der Kristalle das größte Problem solcher „Hetero-Nanodrähte": Oberhalb des Nanometer-Bereiches sorgten Fehlanpassungen der Kristallgitter stets für sehr viele Defekte. Die Forscher erreichten jetzt erstmals eine nahezu perfekte Erzeugung und Einbettung der InAs-Kristalle in die Nanodrähte.
Die Forscher setzten dabei dabei die Ionenstrahlsynthese und eine Wärmebehandlung mit Xenon-Blitzlampen ein, beides Techniken, bei denen das Ionenstrahlzentrum des HZDR über langjährige Erfahrung verfügt. Zunächst mussten die Wissenschaftler eine gewisse Menge an Atomen präzise per Ionenimplantation in die Drähte einbringen. Innerhalb von nur zwanzig Millisekunden erfolgte dann die Wärmebehandlung des Siliziumdrahtes in seiner Flüssigphase. „Eine nur etwa fünfzehn Nanometer dicke Siliziumoxid-Hülle hält den flüssigen Nanodraht in seiner Form“, erklärt Slawomir Prucnal, „während die implantierten Atome die Indiumarsenid-Kristalle bilden.“
Wolfgang Skorupa, der Leiter der Forschungsabteilung, ergänzt: „Die Atome diffundieren in der flüssigen Siliziumphase so schnell, dass sie innerhalb von wenigen Millisekunden makellose Einkristalle mit nahezu perfekten Grenzflächen zur Umgebung bilden.“ Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler das Einbringen von Fremdatomen noch besser kontrollieren und zudem Größe und Verteilung der Kristalle optimieren.
HZDR / RK
