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Zwei-in-eins-Messsystem für neuartige Nanodrähte

Halbleiterdrähte im Miniaturformat bieten spannende Möglichkeiten für vielfältige neue Geräte. Die gleichzeitige Messung struktureller und elektrischer Daten werden eine schnelle und genaue Charakterisierung der Eigenschaften erleichtern und somit Entwurf und Ausführung beschleunigen.
Zwei-in-eins-Messsystem für neuartige Nanodrähte
Halbleiternanodrähte sind extrem dünne Drähte mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 20 bis 80 Nanometer (nm), die Längen bis zu mehreren Mikrometern haben können. Das lässt sie besonders für Anwendungen in der Optoelektronik, für Sensoren, in der Biomedizin und im Energiebereich interessant erscheinen. Die Ausschöpfung ihrer Potenziale erfordert eine sorgfältige Charakterisierung und ein rationales Design. Und bislang konnten Messungen der Struktur und der elektrischen Eigenschaften nur separat erfolgen.

Die Wissenschaftler haben nun verschiedene Konzepte in einen Gesamtaufbau kombiniert, um die gleichzeitige Messung der atomaren Oberflächenstruktur, lokaler elektronischer Eigenschaften einzelner Nanodrähte und globaler elektronischer Eigenschaften eines aus solchen Drähten gefertigten Bauelements zu ermöglichen. Die EU-Finanzmittel des NANOWIREDEVICESTM-Projekts versetzten die Forscher in die Lage, Rastertunnelmikroskopie (STM) und Rastertunnelspektroskopie (STS) in Verbindung mit externer Spannung einzusetzen, um Informationen über die chemische und atomare Zusammensetzung und Struktur sowie Ladungsverteilungen und die Bauelementeleistung zu erzielen.

Die Forscher stellten Nanodrähte her und führten STM-Experimente an verschiedenen Zusammensetzungen durch, bei denen man die atomaren Kristallstruktur während der Bewegung entlang der Länge von Nanodrähten mit sehr großem Durchmesser (mehr als 250 nm) beobachten konnte. Man optimierte STS an frei hängenden Nanodrähten, um wichtige Informationen über den Übergang in Kristallstrukturen entlang der Länge eines Drahts zu erhalten. Zur Oberflächenreinigung der Nanodrähte sind die Bedingungen des Ultrahochvakuums (UHV) günstig. Experimente zur Messung der Leitfähigkeit und des Transports ergaben sehr vielversprechende Resultate. Bis etwa 150 Grad Celsius oberhalb der erforderlichen Reinigungstemperaturen wurde kein Ausfall der Bauelemente beobachtet.

Die Forscher entwickelten den Aufbau für kombinierte Messungen unter Einsatz von STM/STS und Rasterkraftmikroskopie (AFM ) und nutzten diesen, um einzeln kontaktierte Nanodrähte zu untersuchen. Überdies verwendeten die Wissenschaftler eine kombinierte STM/AFM-Prüfspitze, um sowohl die lokale Leitfähigkeit zu beeinflussen als auch gleichzeitig den durch das Bauelement hindurchfließenden Strom zu messen.

Die von den NANOWIREDEVICESTM-Wissenschaftlern bereitgestellte Technologie wird zweifellos eine zentrale Rolle bei der Beschleunigung der Entwicklungszeit für neuartige Komponenten und Bauelemente einnehmen.

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