Quantenpunkte als Dioden

Indiumarsenid-Pyramiden auf Siliziumsäulen sorgen für schnellere elektrische Bauteile

Quantenpunkte
Quantenpunkte

Dresden-Rossendorf - Nur 40 bis 80 Nanometer groß sind die Pyramiden aus Indiumarsenid, die Physiker am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) auf etwa hundert Nanometer hohen Siliziumsäulen präparierten. Dabei verwendeten sie Methoden, die bereits in der industriellen Produktion von Halbleitern angewendet werden. Die erzeugten Strukturen haben die Eigenschaften von Dioden und könnten eine Antwort auf den stetig steigenden Bedarf an immer schnelleren und kleineren elektrischen Bauelementen sein. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nano Letters veröffentlicht.

Das Team um Slawomir Prucnal und Wolfgang Skorupa vom HZDR erzeugte die Struktur mit einem Ionenbeschleuniger. Darin schossen die Forscher Indium- und Arsenionen auf eine dünne Schicht aus Silizium. Dieses Verfahren wird bereits in der Industrie eingesetzt, zum Beispiel um Halbleiter zu dotieren. Die Physiker nutzten dann ein Heizverfahren, um die Ionen im Silizium zu Indiumarsenid-Pyramiden zusammenzufügen. Mit dem Ätzen der Oberfläche sorgten sie schließlich für die Säulenstruktur des Siliziums und legten die Quantenpunkte aus Indiumarsenid frei. Legt man eine Spannung an den entstandenen Strukturen an, verhalten sie sich wie eine Diode.

Indiumarsenid gehört zu den III-V-Halbleitern, die jeweils aus einem Element der 3. und der 4. Hauptgruppe gehören, in diesem Fall Indium und Arsen. Im Gegensatz zu den Siliziumhalbleitern haben die III-V-Halbleiter eine sehr hohe Elektronenbeweglichkeit. So können Signale bei niedrigeren Spannungen bis zu dreißig mal schnellere übertragen werden. Dieser Halbleitertyp macht Prozessoren mit höheren Tankfrequenzen möglich und spart Energie. Bisher konnten vergleichbare Verbindungen aus III-V-Halbleitern mit Silizium nur durch Verfahren hergestellt werden, die nicht kompatibel sind mit den üblichen industriellen Methoden der Fertigung von Halbleitern.