Einblicke in die Biomedizin Offener Zugang

Abstrakt

Nanodrähte als innovative Bausteine ​​für die Optoelektronik

S. Filo Amboina

Seit der Erfindung des ersten Transistors im Jahr 1925 versorgt die Elektronik die Welt mit Energie. Wohin wir auch schauen, sehen wir elektrisch betriebene Geräte auf Siliziumbasis. Silizium ist einfach großartig: Es ist billig, leicht zu verarbeiten, weit verbreitet und bekannt. Für die grundlegende Elektronik funktioniert es einwandfrei und der Versuch, etwas Besseres als Silizium zu finden, ist wie der Versuch, Schießpulver zu verbessern. Silizium hat jedoch seine Grenzen und diese werden heutzutage bereits überschritten: Die neuesten Trends deuten auf immer kleinere Geräte mit brillanten Farben hin. Der erste Effekt wird im Wesentlichen in der Nanotechnologie behandelt: Wenn die Abmessungen eines Objekts in der gleichen Größenordnung wie die mittlere freie Weglänge der Elektronen liegen, erreichen wir einen Effekt, der als Quantenbeschränkung bekannt ist, durch den die Energie der Elektronen zunimmt und die Materialeigenschaften sich entsprechend ändern. Der zweite Effekt ist in der Optoelektronik wohlbekannt. Silizium ist ein indirekter Bandhalbleiter, was im Wesentlichen bedeutet, dass seine Wechselwirkung mit Licht behindert wird, was es nicht zum besten Kandidat für optisch aktive Geräte macht. In der Welt der Nanotechnologie gibt es Objekte, die bei beiden Momenten Abhilfe schaffen sollen: Sie heißen Nanodrähte und sind sehr dünne, aber beliebig lange Kristalle aus verschiedenen Materialien, etwa III-V- oder II-VI-Halbleitern. Solche Kristalle können unter den richtigen Druck- und Temperaturbedingungen und der richtigen Anzahl an Atomen spontan in einem sogenannten „Dampf-Flüssigkeit-Feststoff-Wachstum“ entstehen. Bei solchen Verfahren wird ein Einkristall als Substrat verwendet, auf dem Flüssigkeitströpfchen eines Katalysatormaterials das „Wachstum“ des Kristalls mithilfe von Atomen aus der Dampfphase vorantreiben. Die Größe des Flüssigkeitströpfchens bestimmt den Durchmesser der Nanokristalle und die Wachstumszeit beeinflusst ihre Länge. Solche Kristalle können dann durch Veränderung der Zusammensetzung der Atome in der Dampfphase nach Art eines Kerns von einer Schicht aus einem anderen Material „umgeben“ werden. Der so erhaltene Nano-Hotdog kann als sonnenaktives Element eingesetzt werden, da bei Einwirkung von Sonnenlicht Elektronen-Loch-Paare erzeugt werden und sich die Ladungsträger zwischen dem Kern- und dem Schalenmaterial trennen, wodurch de facto eine Potentialdifferenz entsteht. Et voilà, wir haben eine hocheffiziente Solarzelle: Wir müssen nur die beiden Schichten separat verbinden, den Stromkreis schließen und sie mit einer nicht absorbierenden Zusatzschicht schützen, um zu verhindern, dass unser Gerät durch Witterungseinflüsse beschädigt wird.