News: Nanoröhrchen nach Toaster-Art
Manche mögen es heiß - andere eher nicht. Die hohen Temperaturen bei der Produktion von Nanodrähten und Nanoröhrchen können benachbarte elektronische Strukturen zerstören. Es sei denn, man heizt nur dort, wo es wirklich nötig ist.
© Ron Wilson und Dane Christensen (Ausschnitt)
Nanostrukturen sind "in"! Ob hauchfeine Nanodrähte aus Silizium oder exotische Nanoröhrchen aus Kohlenstoff: Die Eigenschaften dieser Bauelemente versprechen eine ganz neue Art von technischen Geräten und Sensoren. Nur leider ist der Weg zum fertigen Produkt noch lang, sehr lang. Selbst die Anzahl der Prototypen in den Laboratorien der Materialwissenschaftler und Physiker ist eher ernüchternd niedrig.
"Eines der riesigen Probleme, vor denen wir zur Zeit stehen, ist herauszufinden, wie man diese Nanodrähte und Nanoröhrchen in einer technisch und wirtschaftlich durchführbaren Art und Weise auf einem Mikrochip installiert", sagt dazu der Ingenieur Liwei Lin von der University of California in Berkeley.
Die Nanostrukturen herzustellen, ist noch relativ einfach. Dafür wird eine Siliziumscheibe dünn mit einer speziellen Metalllegierung beschichtet und in einem Gasstrom erhitzt. Die Legierung fördert als Katalysator eine chemische Reaktion, bei der Milliarden von winzigen Drähten aus Silizium beziehungsweise Röhrchen aus Kohlenstoff entstehen. Diese stehen sodann in einem flüssigen Lösungsmittel zur Weiterverarbeitung bereit.
Doch leider ist der Umgang mit den Nanobauteilen ein äußerst schwieriges Unternehmen. "Hätte ich die richtige Pinzette, könnte ich mir den gewünschten Nanodraht schnappen und bearbeiten", kommentiert der Doktorand Ongi Englander. "Aber so eine Pinzette existiert nicht."
Also überlegten Lin, Englander und ihr Kollege Dane Christensen, ob es nicht möglich sei, die Nanobauteile direkt dort zu produzieren, wo sie später auch benötigt werden, nämlich auf dem Mikrochip. Allerdings stellt sich bei diesem Ansatz ein anderes Problem: Die Herstellungstemperaturen von 600 bis 1000 Grad Celsius sind viel zu hoch für die anderen elektronischen Strukturen auf dem Chip. Sie würden in kürzester Zeit schmelzen.
Nach Ansicht der Forscher aus Berkeley gibt es womöglich einen Ausweg aus dem Dilemma. "Es ist das gleiche Prinzip wie bei den Heizdrähten eines Toasters", sagt Englander. "Der elektrische Strom fließt durch den Draht und produziert die Hitze." In ihren Versuchen begrenzten die Wissenschaftler mit diesem Trick die Erwärmung auf 700 Grad Celsius auf einen kleinen Bereich, in welchem sie mithilfe einer Gold-Palladium-Legierung bis zu zehn Mikrometer lange Nanodrähte und mit einer Nickel-Eisen-Legierung Nanoröhrchen von fünf Mikrometern Länge wachsen ließen. Nur wenige Mikrometer davon entfernt blieb die Temperatur bei gemütlichen 25 Grad Celsius.
Natürlich ist das Verfahren noch nicht ausgereift. Aber "diese Methode erlaubt die Produktion eines ganzen Sensors auf Nanobasis in einem Prozess, wie man ihn von der Herstellung von Computerchips kennt. Damit müsste nichts nachträglich zusammengebaut werden", erläutert Lin seine Vision.
"Eines der riesigen Probleme, vor denen wir zur Zeit stehen, ist herauszufinden, wie man diese Nanodrähte und Nanoröhrchen in einer technisch und wirtschaftlich durchführbaren Art und Weise auf einem Mikrochip installiert", sagt dazu der Ingenieur Liwei Lin von der University of California in Berkeley.
Die Nanostrukturen herzustellen, ist noch relativ einfach. Dafür wird eine Siliziumscheibe dünn mit einer speziellen Metalllegierung beschichtet und in einem Gasstrom erhitzt. Die Legierung fördert als Katalysator eine chemische Reaktion, bei der Milliarden von winzigen Drähten aus Silizium beziehungsweise Röhrchen aus Kohlenstoff entstehen. Diese stehen sodann in einem flüssigen Lösungsmittel zur Weiterverarbeitung bereit.
Doch leider ist der Umgang mit den Nanobauteilen ein äußerst schwieriges Unternehmen. "Hätte ich die richtige Pinzette, könnte ich mir den gewünschten Nanodraht schnappen und bearbeiten", kommentiert der Doktorand Ongi Englander. "Aber so eine Pinzette existiert nicht."
Also überlegten Lin, Englander und ihr Kollege Dane Christensen, ob es nicht möglich sei, die Nanobauteile direkt dort zu produzieren, wo sie später auch benötigt werden, nämlich auf dem Mikrochip. Allerdings stellt sich bei diesem Ansatz ein anderes Problem: Die Herstellungstemperaturen von 600 bis 1000 Grad Celsius sind viel zu hoch für die anderen elektronischen Strukturen auf dem Chip. Sie würden in kürzester Zeit schmelzen.
Nach Ansicht der Forscher aus Berkeley gibt es womöglich einen Ausweg aus dem Dilemma. "Es ist das gleiche Prinzip wie bei den Heizdrähten eines Toasters", sagt Englander. "Der elektrische Strom fließt durch den Draht und produziert die Hitze." In ihren Versuchen begrenzten die Wissenschaftler mit diesem Trick die Erwärmung auf 700 Grad Celsius auf einen kleinen Bereich, in welchem sie mithilfe einer Gold-Palladium-Legierung bis zu zehn Mikrometer lange Nanodrähte und mit einer Nickel-Eisen-Legierung Nanoröhrchen von fünf Mikrometern Länge wachsen ließen. Nur wenige Mikrometer davon entfernt blieb die Temperatur bei gemütlichen 25 Grad Celsius.
Natürlich ist das Verfahren noch nicht ausgereift. Aber "diese Methode erlaubt die Produktion eines ganzen Sensors auf Nanobasis in einem Prozess, wie man ihn von der Herstellung von Computerchips kennt. Damit müsste nichts nachträglich zusammengebaut werden", erläutert Lin seine Vision.
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