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Forscher finden
Wasserstoff in Diamantschichten
Mikroskopieverfahren soll Verunreinigungen
sichtbar machen
Münchner Physiker haben ein neuartiges
Mikroskopieverfahren zur Materialanalyse entwickelt. Damit können
erstmals Wasserstoffverteilungen in mikrostrukturierten Proben
erstmals dreidimensional dargestellt und analysiert werden,
berichtet die TU-München
http://www.tu-muenchen.de .
Das Verfahren, das vom Experimentalphysiker Günther Dollinger und
seinem Team entwickelt wurde, basiert auf der elastischen Streuung
hochenergetischer Protonen am Rasterionenmikroskop SNAKE
(Supraleitendes Nanoskop für Angewandte Kernphysikalische
Experimente). Das Mikroskop funktioniert ähnlich wie ein
Billardspiel: Trifft ein Proton auf ein Wasserstoffatom, so werden
beide Teilchen elastisch gestreut wie nach dem Stoß zweier
Billardkugeln. Beide Teilchen sind gleich schwer und fliegen in
einem Winkel von 90 Grad auseinander. Beim Aufprall unterschiedlich
schwerer Teilchen treten aber andere Winkel auf. Nach diesen
Winkeln, die zwischen den Flugbahnen der einzelnen Teilchen
auftreten, können Rückschlüsse auf die Atome geschlossen werden.
Anhand der Anzahl der registrierten Streuereignisse kann man den
Wasserstoffgehalt der Probe an der jeweiligen Stelle, die vom
Ionenstrahl getroffen wurde, feststellen. Zusätzlich kann aus einer
Geschwindigkeitsmessung der nachgewiesenen Protonen auf die Tiefe
zurück geschlossen werden, in der die Streuung stattgefunden hat.
Das Ergebnis liefert so ein dreidimensionales Abbild der
Wasserstoffverteilung.
Mit der neuen Methode konnten die Forscher so zum Beispiel die
Verteilung von Wasserstoffverunreinigungen in künstlich
hergestellten Diamantschichten messen und deren Einfluss auf die
Materialeigenschaften diskutieren. Für den Einsatz von Diamanten in
der Elektronik sind nämlich Wasserstoffverunreinigungen und Defekte
im Kristallgitter, die bei der Abscheidung in den verschiedenen
Schichten entstehen, unerwünscht.
Diamant ist in vielerlei Hinsicht anderen Materialien deutlich
überlegen. Trotz hervorragender elektronischer Eigenschaften ist die
derzeit verfügbare Qualität für viele technologische Anwendungen,
insbesondere für den Einsatz in der Elektronik, jedoch nicht
ausreichend. Hauptgrund hierfür sind Wasserstoffverunreinigungen der
Diamantschichten. Reiner Diamant besteht zu 100 Prozent aus
Kohlenstoff und wird in Niederdruckverfahren abgeschieden. Eine der
Hauptverunreinigungen in so hergestellten Diamantschichten ist
Wasserstoff. Die untersuchte Diamantschicht ist polykristallin, das
heißt sie besteht aus nur wenigen Mikrometer großen
Diamantkristalliten, die miteinander verwachsen sind. Die Messungen
haben ergeben, dass sich Verunreinigungen im wesentlichen an den
Oberflächen und Grenzbereichen der Diamantkristallite befanden. In
den Kristalliten selbst konnte kein Wasserstoff nachgewiesen werden.
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Metallelektroden testen Nanostruktur-Eigenschaften
Einsatzfähigkeit in elektronischen Applikationen wird überprüfbar
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rryoo.kait.ac.kr |
Ein Physiker
der University of Texas
http://www.ph.utexas.edu/faculty/yao.html hat einen einfachen Prozess für
die Produktion kleiner Metallelektroden entwickelt. Diese Metallelektroden
testen, ob eine einzelne Nanostruktur die richtigen Eigenschaften für den
Einsatz in zukünftigen nanoelektronischen Applikationen besitzt.
Das Verfahren zur Entwicklung der Elektroden läuft bei Raumtemperatur ab und
setzt Standard-Instrumente ein. Dadurch steigt das Anwendungspotenzial des
Verfahrens in der nanoelektronischen Forschung, hofft dessen Entwickler Zhen
Yao. "Der Prozess produziert permanent robuste Elektroden in einem Abstand von
weniger als zehn Nanometer", erklärte Yao. Zur Bildung der Elektroden nutzte
der Physiker handelsübliche Gold-Nanopartikel. Diese bilden eine Brücke, die
zwischen den vorgefertigten Elektroden durch die Anlegung einer
Wechselspannung gewissermaßen wie ein "Nano-Zündstoff" wirkt. Wird diese
Brücke durch Strom entzweit, entsteht zwischen den Elektroden ein kleinerer
Abstand. Dieser lag bei weniger als zehn Nanometer. Durch diesen geringen
Abstand wird es möglich, eine einzelne Nanostruktur wie z.B. ein Nanopartikel
in den Spalt zu platzieren. So kann u.a. festgestellt werden, wie gut die
resultierende Struktur als Transistor, der Baustein von
Computer-Schaltkreisen, funktioniert. Erst kürzlich wurde dies bei einzelnen
Molekülen getestet. Nano-Transistoren sollen erwartungsgemäß schneller
arbeiten und weniger Energie verbrauchen.
Mit der neuen Methode zur Überprüfung der elektronischen Eigenschaften von
Nanostrukturen wurde eine weitere Hürde in der Entwicklung von Nanomaterialien
genommen. Nanomaterialien, bestehend aus Strukturen mit einer Größe von einem
Milliardstel Meter, sollen neben der Elektronikindustrie und der Medizin viele
andere Bereiche beflügeln.
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