Monolithische Integration von Nanodrähten

15.12.2008 - 31.08.2012
Forschungsförderungsprojekt
In den letzten Jahren haben sich eindimensionale Nanostrukturen als äußerst leistungsfähige Komponenten für nanoskalige Bauteile erwiesen. Neben den Kohlenstoffröhrchen (engl. carbon nanotubes) zeigten besonders halbleitende Nanodrähte (engl. nanowires) ihr großes Potential für zukünftige elektrische, optische und magnetische Nanobauteile als auch für hochsensible Sensoren. Darüber hinaus besitzen diese halbleitenden Nanodrähte den Vorteil dass sie problemlos in die vorhandene Halbleiterinfrastruktur eingeführt werden können folglich von den kontinuierlichen Verbesserungen in der CMOS Technologie profitieren. Neben einer stetigen Verkleinerung der Bauteile kann dabei die monolithische Integration der, für optische Anwendungen ausgezeichneten, III-V Halbleiter in die ausgereifte Si-Technologie zu einer erweiterten Funktionalität führen. Die in Nanodrähten eingeschränkte Ladungsträgerbeweglichkeit kann z.B. in optischen Bauelementen Ladungsträgerre¬kombination noch effizienter machen und damit die Lichtemission erhöhen. Die monolithische Integration von III-V Halbleiter in die Si-Technologie auf Waferebene durch epitaktisches Aufwachsen ist bisher an fundamentalen Problemen wie der Fehlanpassung des Gitters und unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten gescheitert. Bei Nanodrähten wird aufgrund der kleinen Berührungsfläche das Kristallgitter des III-V Materials nur nahe der Berührungsfläche elastisch verformt und die Verspannungen relaxieren sehr rasch an der Nanodrahtoberfläche. Hauptziel dieses Projektes ist daher die monolithische Integration von hierarchischen Nanodraht-Heterostrukturen in Siliziumbauteilen und deren elektrische und optische Charakterisierung. Dabei soll, basierend auf LPCVD und MBE Technologien, eine Methode zur kontrollierten Synthese von Nanodrähten und Nanodrahtheterostrukturen entwickelt werden. Das Wachstum der Nanodrähte wird bei dem von uns eingesetzten VLS (engl. Vapor-liquid-solid) Verfahren von nanometergroßen Metallkatalysatoren induziert. In einem zweiten Schritt werden dann einzelne Nanodrähte aber auch Ensembles von Nanodrähten in sogenannte Testmodule integriert, um dann deren fundamentale elektrische und optische Eigenschaften untersuchen zu können. Die daraus gewonnenen Ergebnisse sind Grundlage für eine Evaluierung potentieller Einsatzgebiete und die Module stellen eine Plattform für neuartige elektronische, magnetische Anwendungen, Spintronic- oder Sensorbauteile dar. Aufbauend auf die ausgereifte SOI-Technologie sollen zwei unterschiedliche, teils selbstjustierende Prozesse zur Herstellung der Testmodule entwickelt werden. Systematisch sollen mehrere Materialkombinationen (Metalle und Halbleiter) im Hinblick auf die folgenden 3 Anforderungen untersucht werden: (i) Entwicklung geeigneter Prozesse, um Nanodrahtheterostrukturen kontrolliert und reproduzierbar herzustellen (vertikale-, radiale Heterostrukturen, Hybridsysteme und verzweigte Heterostrukturen). (ii) die Möglichkeit der grundlegenden Untersuchung der Grenzflächenübergänge von Heterostrukturen und der Charakteriserung von Metallkontakten zu den Nanodrähten. (iii) Entwicklung verlässlicher Meßmethoden zur qualitativen und quantitativen Bestimmung der elektrischen und optischen Eigenschaften der Hybrid- und Nanodrahtheterostrukturen. Neben den wissenschaftlichen Aspekten soll dieses Projekt Jungwissenschaftlern, im speziellen den beteiligten Doktoranden, die Möglichkeit geben, in einem zukunftträchtigen Bereich der Nanotechnologie tätig zu sein und ein wissenschaftliches Profil zu entwickeln.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Quantum Physics and Quantum Technologies
  • Information and Communication Technology
  • Materials and Matter

Schlagwörter

DeutschEnglisch
elektrischer transportelectrical transport
halbleitersemiconductor
nanodrähtenanowires
heterostrukturenheterostructures