Richard-Wilhelm-(HZDR)-und-Elisabeth-Gruber-(TU-Wien)-an-der-Anlage-für-hochgeladene-Ionen-im-Helmholtz-Zentrum-Dresden-Rossendorf. Foto: HZDR
Rossendorfer Forscher sieht Chips aus Graphen nahen
Dresden-Rossendorf, 23. April 2014: Um noch leistungsfähigere Computertelefone und andere Rechentechnik konstruieren zu können, hoffen viele Nanoelektroniker auf das kohlenstoffbasierte Wundermaterial Graphen, das in Zukunft vielleicht einmal Silizium als Grundmaterial für Chips ablösen könnte. Rossendorfer Forscher wollen die – nur eine Atomlage dünnen – Kohlenstoffwaben dafür mit Fremdatomen spicken, um so Schalter und Speicher zu konstruieren. Dem Nachwuchswissenschaftler Richard Wilhelm vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ist nun gemeinsam mit Wiener Kollegen ein erster Schritt gelungen, als er Nanosiebe untersuchte.
Kohlenstoff-Atome agieren als Ionen-Torwächter
Dabei entdeckte er, dass sich Werkstoffe wie eben Graphen, die weniger als einen Nanometer dünn sind, unter Ionen-Beschuss ganz anders verhalten als klassische Materialien. Letztere bremsen solche geladenen Atomrümpfe kontinuierlich ab, ähnlich wie es Meteoriten geschieht, die zum Beispiel auf dem Mond einschlagen: Jeder tiefer der Brocken eindringt, desto mehr Energie verliert er. Anders die Nanofolien: Die lassen die geladenen Fremdatome entweder anstandslos passieren – oder entziehen ihnen schlagartig die Energie. Dieser Effekt tritt besonders häufig ein, wenn man den Ionen zuvor besonders viele Elektronen weggenommen hat.
Das linke Ion wird durch die Kollision mit einem Atom in der nur einen Nanometer dicken Membran abgelenkt (roter Pfeil) und verliert dabei wesentlich mehr Energie als bisher gedacht, das rechte Ion fliegt fast ungehindert durch die Membran hindurch. Grafik: HZDR
Nanometergenaues Zielen gefragt
Das alles klingt zunächst sehr theoretisch, bekommt aber praktische Bedeutung, wenn man versucht, Graphen ähnlich wie Silizium bei der Chipherstellung mit Funktions-Ionen zu „dotieren“, um daraus elektronische Bauteile zu kreieren: Wilhelm hofft, dass durch seine Arbeit die Konstruktion von Ionenkanonen („Implanter“) möglich ist, die die Kohlenstoffwaben im Graphen dann atomgenau anzielen können. Dafür brauche man allerdings noch neueste Technik, sagt Wilhelm: „Zeiss bietet jetzt Helium-Ionenmikroskope an, die nanometergenau arbeiten. Das reicht zwar immer noch nicht ganz, um einzelne Atome sicher zu treffen, aber wir zumindest auf dem Weg dahin.“ Der Forscher will in naher Zukunft versuchen, Graphene selbst mit diesen Methoden zu dotieren. Autor: Heiko Weckbrodt
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