Raffiniert graphiniert
Neue Möglichkeiten für die Integration von Graphen in den Halbleiterbau.
Graphen verheißt einen vielfältigen und weitreichenden Einsatz in der Elektronik der Zukunft, das die traditionelle Silizium-Technologie ergänzen oder sogar ersetzen könnte. Hierzu müssen jedoch die leitenden und isolierenden Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien passen aufeinander abgestimmt werden.Eine richtungsweisende Herausforderung ist die erfolgreiche Einbindung von Graphen in die etablierte Metall-Silizid-Technologie. Wissenschaftlern der Universität Wien und ihren Kollegen von Forschungsinstituten in Deutschland und Russland ist nun ein erster Schritt in diese Richtung gelungen: Sie erzeugten geordnete Strukturen aus hochwertigen Metall-Siliziden, die von einer schützenden Graphen-Schicht bedeckt ist. Diese zweidimensionalen Schichten sind so dünn wie ein einzelnes Atom. Für ihre Versuche verwendeten die Forscher Nickel, Kobalt und Eisen.
Abb.: Nickel-Silizid während des Wachstums unter einer Graphen-Schicht. Das letzte Bild (d) zeigt, dass das Graphen nur schwach mit den Metall-Siliziden (lineares Dirac-artiges Spektrum von Graphen-Elektronen; Bild: O. Vilkov et al.)
Um die grundlegenden Eigenschaften der neuen Strukturen zu entschlüsseln, griffen die Forscher zu Messtechniken, die auf dem photoelektrischen Effekt beruhen. Wertvolle Informationen über die elektronischen Eigenschaften des Materials konnten sie mithilfe der winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie (ARPES - angle resolved photoelectron spectroscopy) gewinnen, indem sie den Winkel maßen, unter dem die Elektronen das Material verließen. „Schichten so dünn wie einzelne Atome und daraus hergestellte Hybridmaterialien ermöglichen uns, eine Fülle von ungewöhnlichen elektronischen Phänomenen zu studieren. Die ARPES-Methode spielt dabei eine Schlüsselrolle“, eräutern Alexander Grüneis und Nikolay Verbitskiy, Mitglieder der Gruppe „Elektronische Materialeigenschaften“ an der Universität Wien.
Wie die Wissenschaftler herausfanden, sind die mit Graphen überzogenen Silizide zuverlässig gegen Oxidation geschützt und können ein breites Spektrum von elektronischen Materialien und anwendungsorientierten Bauelementen abdecken . Insbesondere wechselwirkt die Graphen-Schicht selbst kaum mit den darunterliegenden Siliziden. Dadurch bleiben die einzigartigen elektronischen Eigenschaften von Graphen überwiegend erhalten und stehen Anwendungen zur Verfügung. Die Arbeit des Forscherteams wartet mit einem ausgeklügelten Verfahren auf, um Graphen mit der bestehenden Metall-Silizid-Technologie zu verknüpfen, die eine breite Anwendung in Halbleiterbauelementen, Spintronik, Photovoltaik und Thermoelektrik findet.
U. Wien / DE
