Nano-Transistor zu Mini-Preisen

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Nichts bleibt wie es ist. Schon gar nicht in der Elektronik. Eine weitere Alternative zu traditionellen Transistor-Konzepten kommt jetzt aus Hamburg mit einer unerwarteten Zusatzfunktion.

Nano in der Elektronik scheint nichts mehr Besonderes zu sein. Man hört andauernd davon. Bedenkt man aber, dass ein rotes Blutkörperchen einen Durchmesser von etwa 7000 Nanometern hat, dann rückt ein 20 Nanometer großer Nano-Transistor schnell wieder in Nähe der Sensation. All die quantenmechanische „Zauberei“ einmal außen vor gelassen. Dem Vorteil des geringeren Energieverbrauchs bei derart winzigen Abmessungen steht leider häufig eine aufwändige Produktion gegenüber. Nicht so beim Nano-Transistor des Institutes für Physikalische Chemie der Universität Hamburg. Der lässt sich relativ „preiswert“ herstellen.

Er verwendet statt konventioneller Halbleiter wie etwa Silizium sogenannte Metall-Nanopartikel. Die sind so klein, dass sie unter Stromfluss ihren metallischen Charakter verlieren und durch die Abstoßung der Elektronen untereinander eine Energie-Lücke bilden. Sie haben dann also halbleiter-ähnliche Eigenschaften. Eine Kontrollspannung ist in der Lage diese Lücke energetisch zu verschieben und damit den Stromfluss zu steuern.

Nano-Transistor als chemischer Sensor

Nano-Transistor
Dünne Filme aus Metall-Nanopartikeln (in grau) werden mit Gold-Elektroden kontaktiert. Der Strom, der durch die Filme fließt (in blau), ist einstellbar durch die Spannung einer lokalen Elektrode, die sich unterhalb des Films befindet. Zur Charakterisierung werden nadelförmige Sonden auf die Bauelemente aufgebracht, die entsprechende Spannungen bereitstellen und den Strom messen. (Bild: UHH/Klinke).

Die chemische Herstellung der Metall-Nanopartikel stellt kein Problem dar, denn sie ist gut kontrollier- und skalierbar. Danach können die „Winzlinge“ in Lösungsmitteln gelagert und einfach weiterverarbeitet werden. Ähnliche Ansätze verbauten in der Vergangenheit die Nanopartikel als einzelne Strukturen. Das machte nicht nur die Herstellung sehr aufwändig, auch die Zuverlässigkeit der Bauteile litt darunter.

Das „hanseatische“ Verfahren arbeitet im Gegensatz dazu mit dünnen Filmen, die nur eine einzige Lage Nanopartikel aufweisen. Die Forscher erreichen damit über die komplette Produktion hinweg wählbar identische, elektrische Eigenschaften zu geringeren Fertigungskosten. Darüber hinaus funktioniert der Nano-Transistor nicht nur bei tiefen Temperaturen, sondern auch bei Raumtemperatur. Und neben seiner Rolle als Schalter, kann er auch in die eines chemischen Sensors schlüpfen. Die Zwischenräume von Nanopartikel zu Nanopartikel reagieren nämlich hoch-sensibel auf chemische Ein- oder Anlagerungen. Das eröffnet für die Zukunft ganz neue Forschungsperspektiven.

 

 

 

Nano-Transistor (Bild: UHH/Klinke)

Energieeffizienter und günster - Transistoren aus Metall-Nanopartikeln. (Bild: UHH/Klinke).