Natuurkundigen van de Universität Regensburg hebben standaard methodes door het toepassen van elektronenstraal lithografie en het natte chemi-sche etsen verbeterd. Met behulp van deze methoden is productie van op nanodraden gebaseerde apparaten is mogelijk. Er moeten echter nog de nodige stappen worden gezet eer ze praktisch toepasbaar zijn.
Nanodraden zijn zeer dunne, langgerekte voorwerpen van metaal, halfmetaal of halfgeleiderverbindingen. Door de geringe diameter (circa 100 nm ofewel 0,1 µm) en de naar verhouding grote lengte (tot wel 10 µm) worden ze aangemerkt als één dimensionale structuren. Op het gebied van elektronica en optica komen hiermee nieuwe mogelijkheden binnen bereik.
Nanodraden worden beproefd voor een hele serie van toepassingen, zoals platte beeldschermen, een nieuw soort zonnecel of als component voor elektronische schakelkringen. Ze maken het mogelijk om elektronische schakelingen compacter te bouwen dan met traditionele systemen mogelijk is. Juiste nanodraden uit halfgeleiderverbindingen hebben daarvoor uitstekende transporteigenschappen.
Vervaardiging
Onder de juiste omstandigheden groeien nanodraden vanzelf. Bij enkele materialen bevordert de kristalstructuur de groei. Andere substanties moeten soms een handje worden geholpen. Zo gebruikt men bijvoorbeeld inkepingen of gaten in de kristaloppervlakte of nanoporiën in aluminium-oxide als een soort gietvorm voor metaalnanodraden. Halfgeleider nanodraden worden meestal met behulp van een katalysator verkregen. De katalysator bevordert de inbouw van atomen in de nanodraden en bepalen onder andere de diameter van de nanodraden.
In alle gevallen is het gebruik echter nog beperkt doordat nanodraden nog steeds moeilijk hanteerbaar zijn. Dat heeft bijvoorbeeld betrekking op de exacte positie van de nanodraden op het substraat. Voor de toepassing in de industrie is het een kunst om zoveel mogelijk foutloze draden van dezelfde dikte en samenstelling te produceren.
Verbeterd proces
Een onderzoeksteam van het Institut für Experimentelle und Ange-wandte Physik van de Universität Regensburg is er in geslaagd een methode te ontwikkelen voor de controle over het groeiproces van de nanodraden. Voor de productie van nanodraden van galliumarseen (GaAs), een samengestelde halfgeleider, werden vloeibare druppeltjes gallium gebruikt als katalysator voor de groei van de nanodraadjes.
Dit proces heeft belangrijke voordelen ten opzichte van de standaard procestechnieken, waarbij metalen, met name goud, als katalysator-materiaal werd gebruikt. De GaAs nanodraden hebben een hogere mate van zuiverheid dan bij de uniforme kristalstructuur. Door de behandeling van het substraat vooraf konden, in tegenstelling tot voorheen, doel-gericht nanodraden worden geproduceerd op de gewenste plaatsen.
Onderzoek
Onderzoekers bewerkten lagen siliciumoxide voor door elektronen-straallithografie en nat chemisch etsen. De zo verkregen gaten met een diameter van circa 85 nm werden in een vierkant opgezet, waarbij de onderlinge afstand tussen de gaten varieerde van 200 nm tot 2 µm. De galliumdruppels bleven bij voorkeur precies op de geëtste gaten achter en op deze plaats vond ook de groei van de nanodraden plaats. Maar niet op elke bedoelde plek ontwikkelde zich een nanodraad. Het slagings-percentage was gemiddeld 20 %.
De onderzoekers wijten dit aan de niet geheel uniforme etsprocessen, waardoor de siliciumoxide niet geheel was verwijderd uit de gaten. Afhankelijk van de gatafstand stelden de wetenschappers, onder identieke groeiomstandigheden, een verschil in groei van de nanodraden vast. Op de delen met een gatafstand van 200- 250 nm ontstonden de langste nanodraden met een lengte van 5 µm en een specifieke doorsnede van 80-100 nm. Bij een grotere afstand tussen de gaten verminderde de gemiddelde lengte van de nanodraden.
Toekomst
In de komende maanden zal het erom gaan om het proces te verfijnen. Zo moet bijvoorbeeld het etsproces worden verbeterd om het succes bij de groei van nanodraden beduidend te verhogen. Het uiteindelijke doel is om op elke geplande plaats nanodraden te kweken. De waarnemingen met betrekking tot het verschil in groei, afhankelijk van de afstand tussen de gaten, moet bovendien helpen om het groeiproces van de nanodraden beter te begrijpen. Door een aanpassing van de voorwaarden voor het groeien van de nanodraden zouden willekeurig afstanden tussen de nanodraden realiseerbaar worden. De zo bereikte gerichte controle op de groeilocatie van nanodraden is van cruciaal belang voor de productie van op nanodraden gebaseerde componenten.
De resultaten zijn belangrijk voorbereidend werk voor een volgend nanodraad project aan de universiteit Regensburg, waarbij in het kader van het bijzondere onderzoeksgebied (SFB 689) „Spinphänomene in reduzierten Dimensionen“ het groeiproces van magnetische nanodraden structuren wordt onderzocht. Hierbij wordt gekeken naar de invloeden die de speciale geometrie van nanodraden heeft op de magnetische eigenschappen.
