Neue Methode am PGI
Atomare Struktur und elektronische Transporteigenschaften individueller Bauteile für die Nanoelektronik bestimmen
21. August 2012
Elektronische Bauelemente werden immer kleiner, gleichzeitig steigt ihre Integrationsdichte auf Computerchips. Das heißt, immer mehr Bauteile müssen auf immer weniger Fläche untergebracht werden. Die herkömmliche, auf Silizium basierte Halbleitertechnologie stößt dabei bald an ihre physikalischen Grenzen. Neue Konzepte, etwa auf der Basis von Halbleiter-Nanodrähten, könnten eine weitere Miniaturisierung ermöglichen. Jedoch sind solche Bauelemente so klein, dass selbst geringste Abweichungen ihrer atomaren Struktur ihre elektronischen Transporteigenschaften wesentlich verändern können. Daher wäre es wünschenswert, die atomare Struktur individueller Bauelemente bestimmen zu können.
Einen Elektronen-Lithographie-Prozess für Si3N4-Membranen, die sich für Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) eignen, hat deshalb die Gruppe von Dr. Carola Meyer am Institutsbereich Elektronische Eigenschaften (PGI-6) gemeinsam mit Dr. Stefan Trellenkamp (Prozesstechnologie, PGI-8-PT) entwickelt. Damit lassen sich in den Membranen Strukturen erzeugen, über die die Bauteile elektrisch kontaktiert werden können. “Das ermöglicht uns, den Stromtransport und die atomare Struktur desselben Bauelements zu messen”, so Robert Frielinghaus, der im Rahmen seiner Doktorarbeit an dem Projekt arbeitet. “Außerdem entfällt die Wechselwirkung mit dem Substrat, da die untersuchten Halbleiter-Nanodrähte frei zwischen den Kontakten ‚aufgehängt’ sind.“
Die Abbildung zeigt einen kontaktierten InAs-Nanodraht (schwarz) auf einer strukturierten TEM-Membran (gelb eingefärbt). Gemeinsam mit Prof. Thomas Schäpers vom Institutsbereich Halbleiter-Nanoelektronik (PGI-9), der die Eigenschaften dieser Drähte schon länger erforscht, haben Frielinghaus und Meyer den Zusammenhang von Quantenfluktuationen im Transport, sogenannten „Universellen Leitwertfluktuationen“, und dem Wechsel zwischen Wurtzit- und Zinkblende-Struktur des atomaren Gitters untersucht. Schäpers ist begeistert: „Ich habe zuvor noch nie so saubere Messungen an diesen Systemen gesehen.“ Außer den Jülicher Forschern waren auch Gruppen der RWTH Aachen beteiligt, wo auch die TEM-Aufnahmen entstanden.
Dass diese Kombination von Methoden bemerkenswert ist, fanden auch die Editoren und Gutachter der Zeitschrift Applied Physics Letters, in deren aktueller Ausgabe die Ergebnisse publiziert wurden:
Monitoring structural influences on quantum transport in InAs nanowires
Frielinghaus et al.;
Appl. Phys. Lett. 101, 062104 (2012)
Zum PGI-6 Elektronische Eigenschaften:
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-6/DE/Home/home_node.html
Zum PGI-8 Bioelektronik:
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-8/EN/Home/home_node.html
Zum PGI-9 Halbleiter-Nanoelektronik:
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-9/DE/Home/home_node.html