Nano-Technologie

Die Strukturen auf Halbleiterchips sind mittlerweile so klein, dass die herkömmlichen Herstellungsmethoden an die Grenzen stossen. Denn die Siliziumwafer werden wie ein Film belichtet, um die Strukturen der Transistoren zu bilden, und die Wellenlänge des Lichts ist schlicht zu lange, um kleinere Transistoren zu bauen. Heute sind Transistoren mit 45 nm Stand der Technik für grosse Volumen. Wollen die Hersteller einen Faktor 10 kleiner gehen, müssen sie neue Technologien suchen.

Am vielversprechendsten sind die Nanodrähte mit einem Durchmesser von 50 bis 100 nm. Dies hört sich zwar nach einem grossen Draht an, im Vergleich zu den Strukturen auf den heutigen Halbleiterchips. Aber diese Drähte lassen sich beschichten, womit der Draht zum Miniwafer für den Transistor wird und die Dicke der Schichten die Struktur bestimmt. So lassen sich die Strukturen verkleinern zu wenigen Atomen. Hier ist nicht mehr die Herstellungstechnologie die Grenze, sondern die Quantenphysik, die zu spielen beginnt: Elektronen können nur noch bestimmte Energieebenen besetzen und dafür Hindernisse überwinden, wozu ihnen die Energie eigentlich fehlt. Letzteres ist bei den Transistoren unerwünscht, weil es zu grösseren Verlusten führt.

Statt Siliziumwafer zu strukturieren, lassen die Forscher also Nanodrähte wachsen: Wenn ein Goldatom auf dem Wafer sitzt und im Vakuum die Atome eines Halbleiters wie Silizium oder Galiumarsenid schweben, wirkt das Goldatom wie ein Katalysator und darunter bildet sich ein Kristall, der wächst. Je länger die Zeit, die der Wafer im Vakuum mit den Halbleiteratomen ist, desto länger wird der Draht. Da er so dünn ist, lassen sich sogar Halbleiter mit verschiedenen Gittern kombinieren, beispielsweise Galiumarsenid-Drähte auf Siliziumwafern.

Die Nanodrähte eigenen sich aber auch, um Oberflächen zu beschichten. Dann perlt beispielsweise das Wasser ab, wenn man einen ganzen Wald von Nanodrähten pflanzt. Wählt man geeignete Moleküle, ordnet sich dieser Wald von alleine regelmässig an. Harry Heinzelmann vom CSEM in Neuchâtel spricht von Selbstorganisation statt Lithografie.
Da mit den verschiedenen Referenten praktisch die gesamte Schweizer Forschung im Bereich Nanotechnologie vor Ort war, entwickelte sich die Tagung zu einer Art Kongress, wo sich die Forscher austauschten. Die Tagung war der 2. Teil einer Serie über Nanotechnologie, deren 3. Teil über organische Elektronik am 2. Juli stattfindet. (gus)

zur Übersicht Detailprogramm vom 29.01.09