Molekulare Schablone

News: Molekulare Schablone

Elektronische Bauteile für Speicherchips und Prozessoren sollen immer kleiner werden. Das erfordert moderne Verfahren, mit denen sich schnell äußerst kleine Strukturen herstellen lassen. Amerikanischen Wissenschaftlern ist es jüngst gelungen, viele kleine Gold-Nanodrähte auf einmal herzustellen, indem sie das Metall in die trickreich verjüngten Gräben einer bereits bestehenden Nanostruktur abschieden.

Thorsten Krome

Gordon Moore, ein Gründer des Chipherstellers Intel, entdeckte 1965 bei seinen Vorbereitungen zu einer Rede, dass sich die Zahl der Transistoren bei der Chipherstellung etwa alle 18 bis 24 Monate verdoppelte. Dieses so genannte Moore'sche Gesetz erlangte schnell Berühmtheit, galt als Wegweiser für die Halbleiterindustrie und ist selbst heute noch erstaunlich zutreffend. Aber wie lange noch? Schließlich wird es immer schwieriger, die Dichte der Bauelemente zu erhöhen. Geeignete Herstellungsverfahren sind gefragt.

Paul Weiss und seine Mitarbeiter von der Pennsylvania State University haben nun eine Methode vorgestellt, viele dünne Metalldrähte mit kleinem Abstand zueinander in einem Arbeitsgang hervorzubringen. Die Wissenschaftler stellten zunächst eine Gold-Nanostruktur auf Silikat mittels Elektronenstrahllithographie her. Dabei handelt es sich um eine gängige, wenngleich auch langsame Methode, zur Herstellung sehr kleiner Strukturen im Nanometerbereich: Ein Elektronenstrahl schreibt computergesteuert ein beliebiges Muster in einen elektronenempfindlichen Lack. Anschließend entfernt ein Lösungsmittel die belichteten Stellen, und übrig bleibt eine Form, in die schließlich Metall abgeschieden wird – in diesem Fall war es Gold.

So stellten die Wissenschaftler eine Anfangsstruktur aus parallelen dünnen Goldbahnen her. Im nächsten Schritt trugen sie Lagen organischer Moleküle auf. Dabei handelte es sich um Mercapto-Alkansäuren, die sich sowohl untereinander verbanden als auch am Substrat hafteten. Über der Goldstruktur wuchs so eine Kappe aus Molekülen, und je höher die Molekülschicht wurde, umso schmaler wurden auch die Täler zwischen den bedeckten Goldleiterbahnen.

Man kann sich das ungefähr so vorstellen wie beim Brötchen Backen: Der Teig quillt und der Abstand zwischen den Brötchen schwindet zusehends – je mehr Teig, desto schmaler die Lücke zwischen den Brötchen.

Da die Wissenschaftler die Größe und den Abstand der Goldleiterbahnen kannten, konnten sie über die Dicke der Molekülschicht den Prozess genau so steuern, dass sich eine gewünschte Breite der Lücken einstellte. Auf diese Weise gelang es Weiss mit seinen Kollegen, sehr kleine Kanäle herzustellen. Sie dienten quasi als molekulare Schablonen, in die sich die gewünschte Substanz für die Nanodrähte abscheiden musste. Auch hierfür wählten die Forscher Gold. So entstanden Golddrähte, die zwischen 15 und 70 Nanometer dick und einige Mikrometer lang waren.

"Es handelt sich um einen einfachen Herstellungsprozess", schwärmt Weiss, "Man muss nicht jede Linie einzeln ziehen. Man fertigt einfach einen Gesamtentwurf an und stellt dann die ganze Oberfläche in einem Herstellungsschritt fertig. Wir können so auch einige Formen und Größen verwirklichen, die uns auf anderem Weg nicht zugänglich sind."