EMPA entwickelt Nanobänder für Graphen-Transistoren

Mikrochips werden in immer kleineren Strukturen gefertigt, um immer mehr Leistung bei immer weniger Verbrauch auf immer kleinerem Raum realisieren zu können. Die heutigen Methoden mittels Silizium werden aber wohl schon bald an ihre physikalischen Grenzen stoßen, weshalb nach alternativen Methoden gesucht wird, die noch kleinere Strukturbreiten ermöglichen.

Forscher der EMPA in Dübendorf und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben in Zusammenarbeit eine neue Möglichkeit zur Herstllung noch kleinerer Strukturen für die Herstellung von Halbleiterchips entwickelt. Galten bislang Nanoröhrchen als die zukunftsweisende Technologie für die Herstellung kleinerer Struckturbreiten bei Mikrochips, haben die Forscher nun einen Weg gefunden, die Strukturbreite noch weiter zu senken.

Nanobänder für Graphen-Transistoren sind nach Angaben der Forscher “heisse Kandidaten für künftige Elektronikanwendungen”.

Im Gegensatz zu den Nanoröhrchen sind die Nanobänder zweidimensional. Sie sind ausgezeichnete elektrische und thermische Leiter und dabei härter als Diamant, extrem reissfest und undurchlässig für Gase.

Das Problem von Graphen ist, dass sie halbmetallisch sind und daher keine elektronische Bandlücke und somit keine Schalteigenschaften besitzen. Aus diesem Grund entwickelten die Forscher ein Verfahren, mit dem diese Bandlücken hergestellt werden können. Neben der EMPA und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz sind auch Forscher der ETH Zürich und der Universitäten Zürich und Bern an der Entwicklung beteiligt.

Die bisherigen Verfahren zur Erzeugung solcher Bandlücken sind dafür nicht geeignet, denn sie erzeugen zu breite Bänder und die Ränder, die für die Schalteigenschaften wichtig sind, lassen sich mit den Methoden nicht beeinflussen, sprich es entstehen diffuse Ränder, die eine Bestimmung der Schalteigenschaften unmöglich machen. Bisher wuden Nanobänder “ausgeschnitten”, das heißt, es wurden größere Graphenschichten ausgeschnitten oder Nanoröhrchen wurden der länge nach aufgeschnitten. Um aber diese “groben Schnittkanten” zu vermeiden, haben sich die Forscher eine andere Methode ausgedacht. Eine einfache oberflächenchemische Methode, mit der sich derart
schmale Bänder ganz ohne zu schneiden aus den Grundbausteinen herstellen lassen. Dazu brachten sie unter Ultrahochvakuumbedingungen auf Gold- oder Silberoberflächen spezielle, an strategisch wichtigen Positionen halogensubstituierte Monomere auf, die sich in einem ersten Reaktionsschritt zu Polyphenylenketten verbanden. In einem zweiten, durch stärkeres Erhitzen eingeleiteten Reaktionsschritt, in dem Wasserstoffatome entzogen wurden, koppelten die Ketten zu einem planaren, aromatischen Graphensystem. So entstanden atomar dünne Graphenbänder von 1 nm Breite und einer Länge bis zu 50 nm. Damit sind die Graphenbänder so schmal, dass sie eine elektronische Bandlücke aufweisen und nun wie Silizium Schalteigenschaften besitzen.

Die Forscher untersuchen nun weitere Eigenschaften der Graphenbänder. Durch die Vielzahl der Möglichkeiten zur Gestaltung der Graphenbänder erhoffen sich die Forscher ein breites Spektrum an Eigenschaften, mit denen sie die Nanobänder ausstatten können. Unter anderem soll die Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften untersucht werden.

Quelle: Medienmitteilung von EMPA Dübendorf und Max-Planck-Institut für Polymerforschung