Quantendrähte für die Nanoelektronik

Bernhard Mandl 12.04.2007

Intel Core 2 Duo:ca. 290 Millionen Transistorenca. 1 cm2 Fläche

Entwicklung in der Nanoelektronik

Intel Core 2 Duo:ca. 290 Millionen Transistorenca. 1 cm2 Fläche

Der Prozessor:

Entwicklung in der Nanoelektronik

Motherboard

Verbindung zwischen Prozessorenbisher mit Kupferdrähten

Entwicklung in der Nanoelektronik

Motherboard

Verbindung zwischen Prozessorenbisher mit Kupferdrähten

Entwicklung in den nächsten Jahren:

Entwicklung in der Nanoelektronik

Motherboard

Verbindung zwischen Prozessorenbisher mit Kupferdrähten

Entwicklung in den nächsten Jahren:

Im Computer verwendet man Silizium, es gibt aber keine Silizium Lichtquellen - Man benötigt andere Halbleitermaterialien aus denen

z. B. Die Laser in DVD – Playern bestehen: GaAs oder InAs

Entwicklung in der Nanoelektronik

Materialkombinationen

Kombination von verschiedenen Kristallen● Kristalle sind eine regelmäßige Anordnung von Atomen● Kristalle haben verschiedene Gitterkonstanten

InAs

Si

Materialkombinationen

Kombination von verschiedenen Kristallen● Kristalle sind eine regelmäßige Anordnung von Atomen● Kristalle haben verschiedene Gitterkonstanten● Verspannungen brechen dicke Schichten auf

InAs

Si

Kombination von verschiedenen Kristallen● Kristalle sind eine regelmäßige Anordnung von Atomen● Kristalle haben verschiedene Gitterkonstanten● Verspannungen brechen dicke Schichten auf● Lösung: Säulen mit einem kleinen Durchmesser, Verspannungen

werden elastisch abgebaut

Materialkombinationen

InAs

Si

• Eine einkristalline Struktur mit winzigen Abmessungen - Durchmessr von einem Tausenstel eines Haares

Was ist ein “Quantendraht” oder “Nanowire”

Quantendrähte aus anderen Halbleitermaterialien die auf Silizium Licht abgeben

Licht mit Siliziumsubstraten

Mögliche Lösung:

Goldkatalysiertes Wachstum

Metall (gold) assistiertes Wachstum von Nanodrähte

Einkristallines Substrat als Basis

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Einkristallines Substrat als Basis

Aufbringen von Gold Nanopartikel

Goldkatalysiertes Wachstum

Metall (gold) assistiertes Wachstum von Nanodrähte

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Einkristallines Substrat als Basis

Aufbringen von Gold Nanopartikel

→ Nanopartikel wirken als Startpunkt für die Nanodrähte

Goldkatalysiertes Wachstum

Metall (gold) assistiertes Wachstum von Nanodrähte

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Indium , Arsen

Einkristallines Substrat als Basis

Aufbringen von Gold Nanopartikel

→ Nanopartikel wirken als Startpunkt für die Nanodrähte

Länge der Nanodrähte wird über die Wachstumsdauer geregelt

Goldkatalysiertes Wachstum

Metall (gold) assistiertes Wachstum von Nanodrähte

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Goldkatalysiertes Wachstum

Nanodrähte auf Si Materialien im Nanodraht:blau – Arsen, rot – Indium,grün – Gold

Gold zerstört die halbleitenden Eigenschaften von Silizium Nicht in Kombination mit Silizium - Transistortechnologie brauchbar Siliziumtechnologie macht ca 90 % aller Halbleiterbauteile aus Nanodrahtwachstum ohne Verwendung von Gold

Nachteile des durch Gold katalysierten Drahtwachstums

Metallfreies Wachstum

Metallfreies Wachstum von Nanodrähten auf verschiedenen Substraten

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Metallfreies Wachstum

Metallfreies Wachstum von Nanodrähten auf verschiedenen Substraten

Aufbringen einer 1.3 nm dickenSiOx Schicht

InP(111)B - substrate

SiO : d = 1.3 nm x

d Halbleitersubstrat

Metallfreies Wachstum

Metallfreies Wachstum von Nanodrähten auf verschiedenen Substraten

InP(111)B - substrateHalbleitersubstrat

Form ierung von SiO Clustern bei 500 °C

x

Aufbringen einer 1.3 nm dickenSiOx Schicht

Entstehung von Teilchen beim Aufheizen bei ca 500 °C

Metallfreies Wachstum

Metallfreies Wachstum von Nanodrähten auf verschiedenen Substraten

Halbleitersubstrat

InAs W iresIndium , Arsen SiO

x wirkt als eine Art

Katalysator für das Nanodrahtwachstum

Durchbruch: Keine Goldteilchen werden für das Wachstum

benötigt. Dazu 2 Publikation von mir in der Zeitschrift Nano Letters

Metallfreies Wachstum

Draht: Atomlage auf AtomlageGoldfrei gewachsene Nanodrähte

Zusammenfassung und weitere Anwendungen

Bisher erreicht mit Nanodrähten:

Weitere Anwendungen in der Nanoelektronik:

Anwendungen außerhalb der Nanoelektronik:

Emission von Licht auf Silizium Gold freies Wachstum auf Silizium

Ein-Elektronen Bauelemente Miteinander verbundene Nanodrähte

Kontrolle über die Wachstumsrichtung von Nervenzellen Impfen von Zellen

Nanodraht Einelektronen – RAM(Speicherbaustein)

Noch kleinere Struktureninnerhalb eines Nanodrahtes

Strukturen im Nanodraht – Ein-Elektronen Bauelemente

Nanodrähte auf Nanodrähten gewachsen

Nanobäume

Bilder von miteinander verbundenenNanobäumen

Netzwerke von Nanodrähten

Wachstum von Nervenzellen auf Nanodrähten – damit kann die Wachstumrichtung der Nerven vorgegeben werden

Biochemie und -Physik

Nanonadeln für die Injektion in eine Zelle

Biochemie und -Physik

Danke für Eure Aufmerksamkeit