Baumelnde Bindungen mit dem Tunnelmikroskop

News: Baumelnde Bindungen mit dem Tunnelmikroskop

Kleiner geht es wirklich nicht, noch kleinere Chips - irgendwann ist Schluss! Hat man das nicht schon vor zehn Jahren gehört? Und es ging doch kleiner. Inzwischen sind Wissenschaftler auf der molekularen Ebene angelangt. Sie wollen damit die Molekular-Elektronik mit der Silizium-Technologie kombinieren und stellten ganz gezielt Verbindungen zwischen organischen Molekülen und einer Silizium-Oberfläche her.

"Die Halbleiterindustrie ist bald an der Grenze angelangt. Man wird nicht viel mehr Komponenten in einen Chip hineinbekommen", sagte Joseph Lyding vom Beckman Institute for Advanced Science and Technology der University of Illinois. "Wir haben versucht herauszufinden, was man auf atomarem Level tun kann und wie sich das mit der [...] Silizium-Technologie kombinieren lässt", so Lyding.

Die Forschergruppe unter der Leitung von Lyding hat selektiv organische Moleküle an Silizium-Oberflächen gebunden. Dazu passivierten sie die Silizium-Bindungen mit Wasserstoff und brachen mit Hilfe eines Ultra-Hochvakuum-Tunnel-Mikroskops einzelne Wasserstoff-Silizium Bindungen auf. Indem sie die Wasserstoffatome entfernt hatten, entstanden Löcher auf der Silizium-Oberfläche, die wiederum effektive Bindungstellen für andere Moleküle waren. Nachdem sie organische Moleküle, wie Norbornadien, Kupferphtalocyanin und ein Kohlenstoff-60-Fulleren in der Gasphase injiziert hatten, reagierten die jeweiligen Moleküle spontan mit den vorher präparierten Stellen. "Dabei nutzten wir den Reaktivitätsunterschied zwischen reinem Silizium und der passivierten Silizium-Oberfläche", sagte Mark Hersam, ein Mitarbeiter der Gruppe.

Eine Technik, die als Reaktions-kontrollierte Lithographie bezeichnet wird, machte die Präzision im atomaren Bereich möglich. "Die Reaktions-kontrollierte Lithographie zeichnet sowohl das Mikroskop-Signal als auch den Tunnelstrom zu jeder Zeit auf und beendet den Prozess in dem Moment, in dem die Bindung gebrochen ist", erklärte Lyding. Dadurch kann eine genau dosierte Anzahl von Elektronen die Oberfläche 'beschreiben' und ein definiertes Muster erzeugen, so Lyding.

Die Wissenschaftler haben organische Moleküle für ihre Experimente verwendet, weil sich diese an ihren Endgruppen für ganz bestimmte Aufgaben funktionalisieren lassen. So ist es zum Beispiel möglich ganz bestimmte elektrische oder mechanische Eigenschaften für Schalter einzustellen. "Vielleicht kann man sogar molekulare Vorrichtungen und Schalter-Elemente kreieren, die einhundert Billionen Mal in der Sekunde reagieren", so Lyding.

Solange eine wirtschaftliche Technologie für die Kopplung von molekularen Vorrichtungen an Silizium-Oberflächen noch nicht existiert, "können wir einige diese Vorrichtungen herstellen und ihre Funktionen testen", meint Hersam. "Dies ist auf jeden Fall ein wichtiger Schritt, die Molekular-Elektronik mit der Silizium-Technologie zu verknüpfen."

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