Et krystalbryllup i nanokosmos

Forskere ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Vienna University of Technology og Maria Curie-Skłodowska University Lublin er lykkedes med at indlejre næsten perfekte halvlederkrystaller i en siliciumnanowire. Med denne nye metode til fremstilling af hybride nanotråde, meget hurtige og multifunktionelle behandlingsenheder kan i fremtiden placeres på en enkelt chip. Forskningsresultaterne vil blive offentliggjort i tidsskriftet Nano forskning .

Nano-optoelektronik betragtes som hjørnestenen i fremtidens chipteknologi, men forskningen står over for store udfordringer:På den ene side elektroniske komponenter skal placeres i mindre og mindre rum. På den anden side, såkaldte sammensatte halvledere skal indlejres i konventionelle materialer. I modsætning til silicium, mange af sådanne halvledere med ekstrem høj elektronmobilitet kunne forbedre ydeevnen af ​​den mest moderne siliciumbaserede CMOS-teknologi.

Forskere fra HZDR, Vienna University of Technology og Maria Curie-Skłodowska University Lublin er nu kommet et skridt tættere på begge disse mål:de integrerede sammensatte halvlederkrystaller lavet af indiumarsenid (InAs) i siliciumnanotråde, som er velegnede til at konstruere stadig mere kompakte spåner.

Denne integration af krystaller var den største hindring for sådanne "hetero-nanowires" indtil nu:ud over nanometerområdet, mismatch af krystalgitter førte altid til adskillige defekter. Forskerne har nu for første gang formået en næsten perfekt produktion og indlejring af InAs-krystallerne i nanotrådene.

Implanterede atomer danner krystaller i væskefasen

For at udføre denne proces, ionstrålesyntese og varmebehandling med xenon flash-lamper blev brugt, to teknologier, som Ion Beam Center i HZDR har haft erfaring med i mange år. Forskerne havde i første omgang brug for at indføre et bestemt antal atomer præcist i ledningerne ved hjælp af ionimplantation. De udførte derefter flash-lampe-udglødningen af ​​siliciumtrådene i deres væskefase inden for kun tyve millisekunder. "En siliciumoxidskal, måler kun femten nanometer tyk, bevarer formen af ​​den flydende nanotråd, " forklarer HZDR-videnskabsmanden Dr. Slawomir Prucnal, "mens de implanterede atomer danner indium-arsenid-krystallerne."

Dr. Wolfgang Skorupa, lederen af ​​forskningsgruppen tilføjer:"Atomerne diffunderer i flydende-silicium-fasen så hurtigt, at de inden for millisekunder danner fejlfri monokrystaller afgrænset fra deres omgivelser med næsten perfekte grænseflader." I næste trin, forskerne ønsker at implementere forskellige sammensatte halvledere i silicium nanotråde og også optimere størrelsen og fordelingen af ​​krystallerne.