EPFL-forskare har hittat ett sätt att kontrollera och standardisera produktionen av nanotrådar på silikonytor. Kredit:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)
Nanotrådar har potential att revolutionera tekniken runt omkring oss. Mäter bara 5-100 nanometer i diameter (en nanometer är en miljondels millimeter), dessa små, nålformade kristallina strukturer kan förändra hur elektricitet eller ljus passerar genom dem.
De kan avge, koncentrera och absorbera ljus och kan därför användas för att lägga till optiska funktioner till elektroniska chips. De kunde, till exempel, göra det möjligt att generera lasrar direkt på kiselchips och att integrera enfotonemitters för kodningsändamål. De skulle till och med kunna appliceras i solpaneler för att förbättra hur solljus omvandlas till elektrisk energi.
Ända tills nu, det var omöjligt att reproducera processen att odla nanotrådar på kiselhalvledare – det fanns inget sätt att upprepade gånger producera homogena nanotrådar i specifika positioner. Men forskare från EPFL:s Laboratory of Semiconductor Materials, drivs av Anna Fontcuberta i Morral, tillsammans med kollegor från MIT och IOFFE Institute, har kommit på ett sätt att växa nanotrådnät på ett mycket kontrollerat och fullt reproducerbart sätt. Nyckeln var att förstå vad som händer i början av nanotrådstillväxt, vilket strider mot för närvarande accepterade teorier. Deras arbete har publicerats i Naturkommunikation .
"Vi tror att denna upptäckt kommer att göra det möjligt att realistiskt integrera en serie nanotrådar på kiselsubstrat, " säger Fontcuberta i Morral. "Hittills har dessa nanotrådar måste odlas individuellt, och processen kunde inte reproduceras."
Två olika konfigurationer av droppen i öppningen – hålet helt fyllt och delvis fyllt och en bälgillustration av GaAs-kristaller som bildar en hel ring eller ett steg under de stora och små galliumdropparna. Kredit:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL)
Att få rätt förhållande
Standardprocessen för att tillverka nanotrådar är att göra små hål i kiselmonoxid och fylla dem med en nanodrop flytande gallium. Detta ämne stelnar sedan när det kommer i kontakt med arsenik. Men med denna process, ämnet tenderar att härda i hörnen av nanohålen, vilket innebär att vinkeln som nanotrådarna kommer att växa med inte kan förutsägas. Sökandet pågick efter ett sätt att producera homogena nanotrådar och kontrollera deras position.
Forskning som syftar till att kontrollera produktionsprocessen har tenderat att fokusera på hålets diameter, men detta tillvägagångssätt har inte lönat sig. Nu har EPFL-forskare visat att genom att ändra förhållandet mellan diameter och höjd i hålet, de kan perfekt kontrollera hur nanotrådarna växer. I rätt förhållande, ämnet kommer att stelna i en ring runt kanten av hålet, som hindrar nanotrådarna från att växa i en icke vinkelrät vinkel. Och forskarnas process borde fungera för alla typer av nanotrådar.
"Det är ungefär som att odla en växt. De behöver vatten och solljus, men du måste få rätt mängder, säger Fontcuberta i Morral.
Denna nya produktionsteknik kommer att vara en välsignelse för nanotrådsforskning, och ytterligare prover bör snart utvecklas.
