Nano-nålekunst:NIST-arrays er et skridt mod masseproduktion af nanotråde

NIST-forskere dyrker nanotråde lavet af halvledere - galliumnitridlegeringer - ved at afsætte atomer lag for lag på en siliciumkrystal under højvakuum. NIST har den usædvanlige evne til at producere disse nanotråde uden at bruge metalkatalysatorer, derved forbedrer luminescens og reducerer defekter. NIST nanotråde har også fremragende mekaniske kvalitetsfaktorer.

De seneste eksperimenter, beskrevet i Avancerede funktionelle materialer , opretholdt renheden og defektfri krystalstruktur af NIST nanotråde, mens den kontrollerede diameter og placering bedre, end det er blevet rapporteret af andre grupper for katalysatorbaserede nanotråde. Præcis kontrol af diameter og placering er afgørende, før nanotråde kan bruges i vid udstrækning.

Nøgletricket i NIST-teknikken er at vokse ledningerne gennem præcist definerede huller i en stencillignende maske, der dækker siliciumwaferen. NIST nanotrådene blev dyrket gennem åbninger i mønstrede siliciumnitridmasker. Omkring 30, 000 nanotråde blev dyrket pr. 76 millimeter brede wafer. Teknikken kontrollerede nanotråde placering næsten perfekt. Tråde voksede ensartet gennem de fleste åbninger og var fraværende på det meste af maskens overflade.

Maskeåbninger varierede fra 300 til 1000 nanometer (nm) brede, i intervaller på 100 nm. I hver åbning på 300 nm eller 400 nm, en enkelt nanotråd voksede, med en velformet sekskantet form og en symmetrisk spids med seks facetter. Større åbninger gav mere variable resultater. Åbninger på 400 nm til 900 nm gav single-crystal nanotråde med flerfacetterede toppe. Strukturer dyrket i 1, 000-nm åbninger så ud til at være flere ledninger klistret sammen. Alle nanotråde voksede til omkring 1, 000 nm høj over tre dage.

NIST-forskere analyserede mikrofotografier for at verificere ensartetheden af ​​nanotrådsform og -størrelse statistisk. Analysen afslørede næsten ensartede områder af ledninger med samme diameter såvel som næsten perfekte sekskantede former.

At dyrke nanotråde på silicium er en tilgang, som NIST-forskere udforsker for at lave "nanowires on a chip"-enheder. Selvom væksttemperaturerne er for høje - over 800 grader Celsius - til at siliciumkredsløb kan tolerere, der kan være måder at dyrke nanotrådene først på og derefter beskytte dem under fremstilling af kredsløb, hovedforfatter Kris Bertness siger. Forskningen blev delvist støttet af Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Center for NanoscaleScience and Technology for Integrated Micro/Nano-Electromechanical Transducers (iMINT) ved University of Colorado i Boulder.