Atome unterm Mikroskop
Wissenschaftler der TU Berlin entwickelten einzigartiges Gerät
zur Beobachtung von Halbleiterkristallen
|
Physiker Raimund Kremzow,
Mitglied der Arbeitsgruppe von Dr. Markus Pristovsek, blickt
durch das Tunnelmikroskop. In der Kühlspirale werden die
Proben von 800 auf 70 Grad Celsius heruntergekühlt
© TU-Pressestelle |
Wissenschaftlern der TU Berlin ist es erstmals gelungen, das
Wachstum von Halbleiterkristallschichten direkt zu beobachten und
zu untersuchen. Das von ihnen in den letzten sieben Jahren entwickelte
sogenannte Rastertunnelmikroskop erlaubt Einblicke in das Wachstum
der Kristallschichten, die in dieser Detailtreue bisher unbekannt
waren. Mit Halbleiterkristallschichten baut man zum Beispiel Laserdioden
für Laserpointer, CD-Rom-Laufwerke oder Verstärker für
Mobilfunkanlagen. Mit dieser Technik wird es zukünftig möglich
sein, das Wachstum genau zu kontrollieren.
"Das Kristallwachstum konnte man bislang nur mit optischen
Geräten beobachten, die allerdings keine einzelnen Atome detektieren
können", erklärt der Projektleiter Dr. Markus Pristovsek
vom Institut
für Festkörperphysik der TU Berlin. "Unser Mikroskop
ist dagegen erstmals in der Lage, das Kristallwachstum in der Gasphase
zu beobachten, wobei die Bauteile, die eigentlich für eine
maximale Hitzeeinwirkung von 200 °C ausgelegt sind, Temperaturen
bis zu 600 °C aushalten müssen."
Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung lagen allerdings nicht
nur in den hohen Temperaturen. Pumpen verursachen außerdem
elektrische Störungen und Schwingungen, die auf ein Zehntel
des Atomdurchmessers gedämpft werden mussten. Daher hielt man
es zuvor für unmöglich, unter diesen Bedingungen ein Bild
der Oberfläche im Nanometermaßstab zu erhalten. Dass
es den TU-Wissenschaftlern nun trotzdem gelang, ist einer speziellen
Schwingungsdämpfung und einem speziell entwickelten Kühlmechanismus
zu verdanken. Erste Bilder wurden erfolgreich aufgenommen und zeigten
Stufen aus einzelnen Atomen bei Temperaturen bis 600 °C, den
typischen realen Wachstumstemperaturen, die bisher in anderen Aufbauten
noch nie erreicht wurden. "Dabei wird eine Wolframnadel, an
deren Spitze sich ein einziges Atom befindet, im Abstand eines Atomdurchmessers,
also Bruchteile eines Nanometers, über eine Oberfläche
bewegt", erklärt Markus Pristovsek. "Der je nach
Abstand unterschiedliche Stromfluss erlaubt dann, ein Bild der Höhenstruktur
und der Position einzelner Atome auf der Oberfläche zu gewinnen."
Neueste Ergebnisse zeigen, wie sich die Größe von Quantenpunkten
unmittelbar nach dem Wachstum verändert. Das ermöglicht
gezielte Einstellung von Größen und Eigenschaften der
Quantenpunkte. Die siebenjährigen Entwicklungsarbeiten unter
der Leitung von Dr. Markus Pristovsek wurden in der Arbeitsgruppe
von Prof. Dr. Wolfgang Richter begonnen. Fortgeführt werden
sie nun von dem neu berufenen Prof. Dr. Michael Kneissl.
Patricia Pätzold
|
|