Suche

zur Hauptseite

Peter Grünberg Institut
(leer)

Navigation und Service


Kern/Hülle Nanodrähte

Halbleiternanodrähte können aus Kombinationen verschiederner Halbleiter bestehen.

In den meisten Fällen werden Halbleiternanodrähte allerdings aus nur einem Material, z.B. InAs, hergestellt. Die Transporteigenschaften können hier beispielsweise über Dotierung eingestellt werden. Durch den Einsatz von axialen bzw. radialen Heterostrukturen lassen sich die Eigenschaften von Nanodrähten in noch vielfältigerer Weise beeinflussen. Durch das Einbringen zweier Halbleiterbarrieren mit höherer Bandlücke in axialer Richtung lassen sich beispielsweise Quantenpunkte realisieren [1]. Wird der Nanodraht in radialer Richtung mit einem Halbleiter umschlossen, kann so die Oberfläche passiviert werden und die Ladungsträgerstreuung an der Oberfläche reduziert werden [2].

Schematische Darstellung eines Kern/Hülle NanodrahtesSchematische Darstellung eines Kern/Hülle Nanodrahtes. Das Magnetfeld liegt längs des Nanodrahtes an
Copyright: Sebastian Heedt, PGI-9



In Jülich werden Nanodrähte mit einer radialen Heterostruktur mittels Molekularstrahlepitaxie bzw. metallorganische Gasphasenepitaxie hergestellt. Die erste Struktur lehnt sich an planare AlGaAs/GaAs Heterostrukturen an, bei denen sich ein 2-dimensionales Elektronengas an der Grenzfläche beider Materialien ausbildet [3]. Hier wird der Kern aus GaAs von AlGaAs als Barrierenmaterial umschlossen. Die Ladungsträger im GaAs werden durch eine Dotierschicht in der AlGaAs Hülle bereitgestellt.

Bei einem anderen Ansatz wird ein isolierender Kern aus GaAs mit einem leitfähigen Mantel bestehend aus InAs umschlossen [4,5]. Es besteht sogar die Möglichkeit den GaAs Kern durch naßchemisches Ätzen zu entfernen, so dass ein hohle Struktur übrigbleibt [5].

InAs Hülle eines Kern/Hülle-NanodrahtesElektronenmikroskopische Aufnahme eines Nanodrahtes bei dem der GaAs Kern durch naßchemisches Ätzen entfernt wurde.
Copyright: Fabian Haas, PGI-9



An den GaAs/InAs Kern/Hülle Nanodrähten wurden Magnetotransportmessungen vorgenommen [6]. Durch die Kombination dieser unterschiedlichen Materialien ensteht ein schlauchförmiger Leiter. Wird bei tiefen Temperaturen ein Magnetfeld entlang der Drahtachse angelegt, so zeigen sich im Widerstand sehr regelmäßige Oszillationen beobachtet. Diese Oszillationen gehen auf Interferenz von Elektronenwellen zurück. Insbesondere bei tiefen Temperaturen treten die Welleneigenschaften der Elektronen zutage. Überlagern sich diese Elektronenwellen kommt es zu Interferenzen, z.B. zur Verstärkungen (konstruktive Interferenz) oder zu Auslöschungen (destruktive Interferenz). Durch das angelegte Magnetfeld lässt sich das Interferenzbild verschieben. Es lassen sich regelmäßige Oszillationen beobachten mit einer Oszillationsperiode die genau einem magnetischen Flussquantum entspricht.

GaAs/InAs Kern/Hülle NanodrahtGaAs/InAs Kern/Hülle Nanodraht hergestellt mittels Molekularstrahlepitaxie
Copyright: Torsten Rieger, Dr. Mihail Ion Lepsa, PGI-9

Magnetoleitwertoszillationen Magnetoleitwertoszillationen: Der Leitwert ist in Einheiten des Leitwertquantums aufgetragen. Die Oszillationsperiode entspricht einem magnetischen Flussquantum.
Copyright: Önder Gül, PGI-9

Elektroneninterferenzeffekte lassen sich in zukünftigen elektronischen Bauelementen zu Schaltzwecken nutzen. Ein Vorteil wäre die bessere Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen.

Referenzen

[1] Thelander, C.; Agarwal, P.; Brongersma, S.; Eymery, J.; Feiner, L.; Forchel, A.; Scheffler, M.; Riess, W.; Ohlsson, B.; Gösele, U. & Samuelson, L.
Nanowire-based one-dimensional electronics
Materials Today, 2006, 9, 28-35

[2] van Tilburg, J. W. W.; Algra, R. E.; Immink, W. G. G.; Verheijen, M.; Bakkers, E. P. A. M. & Kouwenhoven, L. P.
Surface passivated InAs/InP core/shell nanowires
Semiconductor Science and Technology, 2010, 25, 024011

[3] S. Wirths, M. Mikulics, P. Heintzmann, A. Winden, K. Weis, Ch. Volk, K. Sladek, N. Demarina, H. Hardtdegen, D. Grützmacher, Th. Schäpers,
Preparation of Ohmic contacts to GaAs/AlGaAs-core/shell-nanowires
Applied Physics Letters, 100 (2012) 4, 042103

[4] T. Rieger, M. Luysberg, Th. Schäpers, D. Grützmacher, and M. I. Lepsa,
Molecular Beam Epitaxy Growth of GaAs/InAs Core−Shell Nanowires and Fabrication of InAs Nanotubes
Nano Lett. 12 (2012) 5559−5564 (dx.doi.org/10.1021/nl302502b)

[5] F. Haas, K. Sladek, A. Winden, M. von der Ahe, T. E. Weirich, T. Rieger, H. Lüth, D Grützmacher, Th Schäpers and H Hardtdegen,
Nanoimprint and selective-area MOVPE for growth of GaAs/InAs core/shell nanowires,
Nanotechnology 24 (2013) 085603 (http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/24/8/085603)

[6] C. Blömers, T. Rieger, P. Zellekens, F. Haas, M. I. Lepsa, H. Hardtdegen, Ö, Gül, N. Demarina, D Grützmacher, H Lüth, and Th Schäpers,
Realization of nanoscaled tubular conductors by means of GaAs/InAs core/shell nanowires
Nanotechnology 24 (2013) 035203 (http://dx.doi.org/10.1088/0957-4484/24/3/035203)



Servicemenü

Homepage