Elektronik: Silizium auch in dünnen Schichten guter Leiter
Mit einer relativ simplen Prozedur hat Pengpeng Zhang von der Universität von Wisconsin-Madison eine hauchdünne Siliziumfolie zum Leiten gebracht, obwohl diese nach der gängigen Theorie ein elektrischer Isolator sein sollte. Zhang hat dazu einfach die Oberfläche gründlich und schonend gereinigt.
Normalerweise fließt der Strom nur deshalb durch den Halbleiter Silizium, weil gezielt eingebrachte Verunreinigungen zusätzliche Elektronen oder freie Plätze für die Silizium-eigenen Elektronen zur Verfügung stellen. Werden die Kristalle jedoch so dünn, dass sie nur noch einige Atome dick sind, funktioniert dieser Weg durch das Silizium nicht mehr – das Metall wird zum Isolator. Zusätzlich lagern sich Sauerstoffatome an seine Oberfläche, sodass die Folie von einer passivisierten Schicht umgeben ist.
Zhang entfernte diese Oxidschicht, indem sie die Siliziumfolie in einem Vakuum vorsichtig erhitzte. In daran anschließenden Messungen stellte sie fest, dass selbst Filme von nur zehn Milliardstel Meter Dicke (etwa 100 Atome) den elektrischen Strom gut leiten. Die Stärke des Materials ist dabei weniger bedeutend als der Grad der Reinigung.
Die Forscherin und ihre Kollegen vermuten, dass die Siliziumatome an der Oberfläche neue quantenmechanische Zustände einnehmen können, die von einigen Elektronen besetzt werden. Dadurch entstehen bewegliche Elektronen und freie Plätze, sodass einer Elektronenwanderung – und damit dem Stromfluss – nichts mehr im Wege steht.
Außer die Hoffnung auf noch kleinere elektronische Bauteile aus Silizium weckt dieses Ergebnis auch Überlegungen, ob die vorhandene Siliziumtechnik vielleicht doch für die Belange der Nanotechnologie geeignet wäre.
Normalerweise fließt der Strom nur deshalb durch den Halbleiter Silizium, weil gezielt eingebrachte Verunreinigungen zusätzliche Elektronen oder freie Plätze für die Silizium-eigenen Elektronen zur Verfügung stellen. Werden die Kristalle jedoch so dünn, dass sie nur noch einige Atome dick sind, funktioniert dieser Weg durch das Silizium nicht mehr – das Metall wird zum Isolator. Zusätzlich lagern sich Sauerstoffatome an seine Oberfläche, sodass die Folie von einer passivisierten Schicht umgeben ist.
Zhang entfernte diese Oxidschicht, indem sie die Siliziumfolie in einem Vakuum vorsichtig erhitzte. In daran anschließenden Messungen stellte sie fest, dass selbst Filme von nur zehn Milliardstel Meter Dicke (etwa 100 Atome) den elektrischen Strom gut leiten. Die Stärke des Materials ist dabei weniger bedeutend als der Grad der Reinigung.
Die Forscherin und ihre Kollegen vermuten, dass die Siliziumatome an der Oberfläche neue quantenmechanische Zustände einnehmen können, die von einigen Elektronen besetzt werden. Dadurch entstehen bewegliche Elektronen und freie Plätze, sodass einer Elektronenwanderung – und damit dem Stromfluss – nichts mehr im Wege steht.
Außer die Hoffnung auf noch kleinere elektronische Bauteile aus Silizium weckt dieses Ergebnis auch Überlegungen, ob die vorhandene Siliziumtechnik vielleicht doch für die Belange der Nanotechnologie geeignet wäre.
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