Nano-klitter med ionstrålen:Ny metode til selvorganiserede nanostrukturer

Mange halvlederenheder i moderne teknologi - fra integrerede kredsløb til solceller og lysdioder - er baseret på nanostrukturer. At producere arrays af almindelige nanostrukturer kræver normalt en betydelig indsats. Hvis de var selvorganiserede, produktionen af ​​sådanne anordninger ville være betydeligt hurtigere, og omkostningerne ville derfor synke. Dr. Stefan Facsko fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og Dr. Xin Ou fra Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT), det kinesiske videnskabsakademi, har nu demonstreret en metode til selvorganisering af nanostrukturerede arrays via bred ionstrålebestråling. Resultaterne er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nanoskala .

I deres forbløffende metode, forskerne bruger ionstråler, som er hurtige, elektrisk ladede atomer. De retter en bred stråle af ædelgasioner på en galliumarsenid-wafer, hvilken, for eksempel, bruges til fremstilling af højhastigheds- og højfrekvente transistorer, fotoceller eller lysdioder. "Man kunne sammenligne ionbombardement med sandblæsning. Det betyder, at ionerne fræser af overfladen af ​​målet. Der, de ønskede nanostrukturer skabes helt af sig selv, " forklarer Dr. Facsko. Den fint mejslede og regelmæssige struktur minder om klitter, naturlige strukturer skabt af vind. Det hele sker, imidlertid, i et nano-rige, med en blot afstand på halvtreds nanometer mellem to klitter - hårstrå af menneskehår er to tusinde gange tykkere.

Ionbombardement ved forhøjet temperatur

Ved stuetemperatur, imidlertid, ionstrålen ødelægger galliumarsenidets krystalstruktur og dermed dets halvledende egenskaber. Dr. Facskos gruppe ved HZDR's Ion Beam Center benytter derfor lejligheden til at opvarme prøven under ionbombardement. Ved omkring fire hundrede grader celsius, de ødelagte strukturer kommer sig hurtigt.

En yderligere effekt sikrer, at nano-klitterne på halvlederoverfladen udvikler sig. De kolliderende ioner flytter ikke kun de atomer, de rammer, men slår også enkelte atomer helt ud af krystalstrukturen. Da det flygtige arsen ikke forbliver bundet på overfladen, overfladen består snart kun af galliumatomer. For at kompensere for de manglende arsenatombindinger, dannes par af to galliumatomer, som arrangerer sig i lange rækker. Hvis ionstrålen slår yderligere atomer ud ved siden af ​​dem, galliumparrene kan ikke glide ned af det trin, der er skabt, fordi temperaturerne er for lave til at det kan ske. Sådan danner de lange rækker af galliumpar nano-klitter efter en periode, hvori flere lange par liner ligger ved siden af ​​hinanden.

Mange eksperimenter ved forskellige temperaturer og omfattende beregninger var nødvendige for både at bevare den krystallinske tilstand af det halvledende materiale samt for at producere de veldefinerede strukturer på nanoskala. Dr. Facsko fra HZDR siger, "Metoden med invers epitaksi fungerer for forskellige materialer, men er stadig i sin grundforskningsfase. Fordi vi bruger særligt lavenergi-ioner - under 1 kilovolt -, som kan genereres ved hjælp af simple metoder, vi håber, at vi kan vise vejen for industriel implementering. Fremstillingen af ​​lignende strukturer med de nuværende avancerede metoder kræver betydeligt mere indsats."