Deutsche Forscher haben eine innovative Methode entwickelt, die auf einer nanoskaligen Scanspitze basiert, um zweidimensionale Halbleiter-Nanomaterialien mit höchster Präzision und minimalinvasiv zu strukturieren und zu untersuchen.
Eine vielversprechende Alternative zu Silizium
Obwohl Silizium das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial in der Elektronikindustrie ist, erfordern steigende Leistungsanforderungen die Erforschung neuer Materialien. Zweidimensionale Materialien wie Graphen stoßen aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften und ihres Potenzials als ultradünne Komponenten für effiziente Elektronik auf besonderes Interesse.
Um das Potenzial dieser Materialien voll auszuschöpfen, ist es jedoch unerlässlich, geeignete Strukturierungs- und Funktionsintegrationstechniken zu entwickeln, ohne ihre intrinsischen Eigenschaften zu verändern. Genau dieser Herausforderung haben sich Forscher der Technischen Universität Ilmenau in ihrer aktuellen Arbeit angenommen.
Ein präziser und nicht-invasiver Ansatz
Die von Ilmenauer Wissenschaftlern entwickelte Methode basiert auf der Verwendung einer nanoskaligen Spitze, deren Radius mehr als 5.000 Mal kleiner ist als der Durchmesser eines Haares. Diese Spitze wird mit äußerster Präzision über die Oberfläche des Materials geführt, ähnlich wie bei der Rasterkraftmikroskopie.
Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Material und der Spitze emittiert diese niederenergetische Elektronen, die „bombardieren» Die Oberfläche der Probe sehr lokal genau dort, wo das zweidimensionale Material strukturiert werden soll. Die Forscher verwendeten Molybdänditellurid-Flocken (MoTe2), ein wenige Atomlagen dickes zweidimensionales Material, das sie durch Elektronenbeschuss und Wassermoleküle zu einem wasserlöslichen Oxid oxidierten und anschließend gezielt entfernten.
Christoph Reuter, Doktorand der zweiten Generation in der interdisziplinären Forschungsgruppe „3D-NanoFab“, erklären : ” Durch kontrollierte Spitzenbewegung und damit verbundene lokale Oxidation konnten wir nahezu jedes Oberflächenmuster erzeugen, ohne dass es zu anderen messbaren Veränderungen im zweidimensionalen Material kam. »
Vielversprechende Aussichten für grüne Elektronik
Um das Potenzial ihrer Methode zu demonstrieren, stellten die Wissenschaftler einen ultradünnen Transistor aus nur drei Atomlagen MoTe2 her. Dieser Erfolg ebnet den Weg für weitere Forschung in Bereichen wie innovativer Elektronik, Sensorik oder Energieumwandlung.
Professor Steffen Strehle, Sprecher der Forschungsgruppe und Leiter Mikrosystemtechnik an der Technischen Universität Ilmenau, betont: „ Wir wollen unsere Methode in den kommenden Jahren erweitern und auch für Anwendungen im Bereich „grüner“ und energieeffizienter Elektronik nutzen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden direkt in die Lehrveranstaltungen der Technischen Universität Ilmenau integriert, um Studierende beispielsweise der Studiengänge Mechatronik, Maschinenbau sowie Mikro- und Nanotechnologie frühzeitig in unsere Forschungsarbeit einzubinden. »
Dieser wissenschaftliche Durchbruch, das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Christoph Reuter, Professor Steffen Strehle und Dr. Gernot Ecke, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Nanotechnologiegruppe, wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Fortgeschrittene Werkstoffe“.
Reuter C, Ecke G, Strehle S (2024). „Untersuchung der Oberflächenoxidation und Umweltinstabilität von 2H-/1T“-MoTe2 Using Field Emission-Based Scanning Probe Lithography“, Advanced Materials, 36, 2310887 (1-14), https://doi.org/10.1002/adma.202310887
