Gesundheit : Winzige "Rosinen" im Halbleiter-Kuchen

Frank Schubert

Winzige Krümel werden künftig die Eigenschaften elektronischer Bauelemente steuern. Im Mittelpunkt des Interesses stehen neuartige Nanostrukturen, die nur hunderttausendstel Millimeter große Quantenpunkte enthalten. Diesen Ausblick auf neue Entwicklungen in der Halbleitertechnologie gab der Physiker Zhores Alferov kürzlich bei einem Vortrag in Potsdam.

Der Nobelpreisträger des Jahres 2000, Professor an der elektrotechnischen Universität Sankt Petersburg war Gast des Einsteinforums. "Die beiden wichtigsten Dinge sind der Lenin-Orden und der Nobel-Preis", scherzte Alferov. Der heute 72-jährige gebürtige Weißrusse wurde gemeinsam mit dem deutschstämmigen Herbert Kroemer (Universität von Kalifornien) und Jack Kilby (Texas Universität) für die Entwicklung schneller Transistoren, Laserdioden und integrierter Schaltkreise ausgezeichnet.

Alferovs Verdienst besteht in der Entwicklung von Halbleiter-Heterostrukturen. Dazu gehören zum Beispiel Transistoren, die für Radiosatelliten und Basis-Stationen von Mobiltelefonen verwendet werden, oder Laserdioden, die in CD-Player, Laser-Pointer und Strichcode-Ableser eingebaut sind. Heterostrukturen fanden sich auch in den Solarzellen der Raumstation "Mir", die der Station über 15 Jahre lang Energie gab.

Halbleiter heißen so, weil ihre elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Metallen und Isolatoren liegt. Am bekanntesten sind die Halbleiter Germanium und Silizium. Die Leitfähigkeit solcher Halbleiter-Kristalle können durch den Einbau von Fremdatomen stark verändert werden. So lassen sich elektronische Bauteile nach Maß herstellen.

Quantenpunkte sind winzige Einschlüsse aus Halbleitermaterial in einem Träger, der aus einem anderen Halbleitermaterial besteht. Die Einschlüsse haben die Form von Pyramiden oder Linsen. Ihre Größe beträgt etwa zehn Nanometer, also rund ein Hunderttausendstel Millimeter. Anschaulich lässt sich das Gebilde mit einem Kuchen vergleichen; die Quantenpunkte stellen die Rosinen dar.

Derartige Nanostrukturen werden in raffinierten Verfahren hergestellt, bei denen sich die Quantenpunkte an der Oberfläche des Halbleitermaterials selbst organisieren - wie winzige Wassertröpfchen an einer kalten Fensterscheibe. Mit solchen Verfahren können in wenigen Sekunden über hundert Milliarden Quantenpunkte pro Quadratzentimeter erzeugt werden. Die Materialien der Quantenpunkte und des Halbleiters werden so gewählt, dass sich elektrische Ladungsträger in den Einschlüssen verfangen.

Sitzen die Ladungen in den Quantenpunkten fest, dann bestimmt deren Größe auch die Eigenschaften der Ladungsträger. Beispielsweise ist die Energie der Elektronen mit dem Volumen des Quantenpunktes verknüpft: je kleiner das Volumen, desto höher die Energie. Besonders die Optoelektronik bekommt durch die Nanotechnologie neue Perspektiven. So lassen sich Dioden erzeugen, die Laser mit sehr großer Wellenlänge emittieren können.

Solche langwelligen Laser sind vorteilhaft für den Datenfluß im Internet. Bei der Datenübertragung werden Computersignale in Laserpulse übersetzt und in Glasfaserkabel eingespeist. Die Effizienz der Nachrichtenübertragung im Glasfaserkabel hängt stark von der Wellenlänge des eingespeisten Lasers ab. Vor diesem Hintergrund ist es nicht erstaunlich, dass der Weltmarkt für Laserdioden stark wächst. Im Jahr 2000 verdoppelte sich der Umsatz auf 6,7Milliarden Dollar.

0 Kommentare

Neuester Kommentar
      Kommentar schreiben