Kontaktfreudiges Gold

Halbleitende Nanoröhrchen und Quantendots haben viel versprechende elektronische Eigenschaften. Winzige Goldspitzen könnten als Kontakte dienen.

Jerusalem (Israel) - Viel versprechend sind die Eigenschaften von halbleitenden Nanoröhrchen und Quantendots für nur wenige Millionstel Millimeter kleine Schaltkreise. Doch um sie wirklich zu nutzen, müssen sie ebenso feine und kontrollierbare elektrische Kontakte aufweisen. Israelische Physiker entwickelten nun eine Methode, mit der winzige Goldspitzen direkt an halbleitende Nanostrukturen angeknüpft werden können. Diese elegante Verdrahtungsmethode beschreiben sie im Fachblatt "Science".

"Wir konnten ein selektives Wachstum von Goldspitzen an Nanostrukturen aus Cadmiumselenid durch eine einfache Reaktion verwirklichen", berichten Taleb Mokari und seine Kollegen vom Zentrum für Nanowissenschaften an der Hebräischen Universität in Jerusalem. Im Unterschied zu früheren Ansätzen, bei denen Forscher andockende Erbgut-Moleküle nutzten, um leitende Nanokontakte herzustellen, formen sich die neuen Goldelektroden in einem Selbstorganisationsprozess. Rund 29 mal 4 Nanometer kleine Cadmiumselenid-Stäbchen verteilten sie in einer Mischung aus Phosphorsäuren mit dem Lösungsmittel Trioctylphosphinoxid. Darauf lösten sie Goldchlorid in Toluol, gaben eine Brom- und Stickstoffverbindung hinzu (Dodecyldimethylammoniumbromid (DDAB), Dodecylamin) und mischten die CdSe-haltige Flüssigkeit bei Raumtemperatur dazu. Bei der einsetzenden Reaktion wuchsen gezielt die Goldspitzen an den Enden der Stäbchen des Verbindungshalbleiters.

"Die Größe der Goldspitzen lässt sich durch die Konzentration der Startsubstanzen kontrollieren", so die Forscher. Je nach Konzentration von Goldchlorid, Dodecylamin und DDAB formten sich 2,2 bis 4 Nanometer große Goldspitzen an den CdSe-Stäbchen. Unter dem Transmissionselektronen-Mikroskops erinnern die fertigen Strukturen mit ihren dickeren Goldspitzen an winzige Hanteln. "Diese Goldspitzen zeigten sowohl eine vergrößerte Leitfähigkeit als auch eine chemische Affinität für die selbstorganisierte Bildung von ganzen Ketten aus diesen Stäbchen", erklärt Mokari. Diese Eigenschaften erklären die Wissenschaftler mit direkten Gold-Selen-Bindungen, die sich im Grenzbereich zwischen CdSe und Gold ausbilden. Durch diese feste kovalente Verknüpfung könne ein guter elektrischer Kontakt erwartet werden.

An den Enden winziger Cadmiumselenid-Stäbchen lassen sich nur wenige Nanometer große Goldspitzen selektiv aufbringen. Je nach Konzentration der Chemikalien entstehen daraus dann komplexere Nanostrukturen wie hier im Bild. (Quelle: Hebräische Universität Jerusalem, Uri Banin)

In weiteren Versuchen nutzten die Forscher das selektive Wachstum der Goldspitzen für die Bildung von komplexeren Nanostrukturen. So ließen sich ausgehend von einem vierarmigen Tetrapoden aus Cadmiumselenid dreidimensionale Konstrukte, jeweils verbunden durch elektrisch leitende Goldspitzen aufbauen. Je nach den Anteilen der zugegebenen Chemikalien könnte sogar dieses Wachstum gesteuert werden.

Verbessern die Forscher diese chemischen Kontrollmöglichkeiten, könnte diese Methode interessant für Transistoren und Computerchips quasi aus dem Reagenzglas werden. An dieser Zukunftsvision für die Herstellung von elektronischen Schaltkreisen arbeiten auch Biophysiker am Technion-Institute of Technology in Haifa. Wie sie kürzlich berichteten, gelang ihnen mit Hilfe von Erbgutsträngen und Eiweißstoffen winzige Transistoren aufzubauen. Die halbleitenden Herzstücke dieser Schaltkreise bilden nur ein millionstel Millimeter dünne Röhrchen aus Kohlenstoff. "Diese Arbeit zeigt, dass sich mit DNS-Proteinen und Methoden der Molekularbiologie elektronische Module konstruieren lassen", sagte der Leiter der Forschergruppe, Erez Braun.

Jan Oliver Löfken

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Taleb Mokari et al., Selective Growth of Metal Tips onto Semiconductor Quantum Rods and Tetrapods, Science 304, 1787 (2004). 
• Hebräischen Universität Jerusalem: 
  http://www.huji.ac.il/huji/eng 
• Zentrum für Nanowissenschaften und Nanotechnologie: 
  http://nanoscience.huji.ac.il 
• Zusatzmaterial zur Science-Veröffentlichung:
  http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/304/5678/PAGE/DC1 
• Spezielle Dokumente und Informationen zum Thema halbleitende Nanoröhren finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine, z. B. in der Kategorie Nanoröhren und- drähte.

Weitere Literatur:

• Kinneret Keren et al., DNA-Templated Carbon Nanotube Field-Effect Transistor, Science 302, 1380. 
• S. H. Kan et al., Nature Mater. 2, 155 (2003). 
• F. Dumestre et al., Science 303, 821