Nano-Drähte durch Ionenbeschuss

Die fortschreitende Miniaturisierung mikroelektronischer Strukturen sowie deren Kombination mit optischen, mechanischen oder magnetischen Komponenten erfordern laufend neue physikalische und technologische Ansätze. Im Forschungszentrum Rossendorf wird im Rahmen von zwei Projekten, getragen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), intensiv an der Entwicklung und Untersuchung von Nanostrukturen für die Elektronik der Zukunft gearbeitet. So beschäftigt sich das FZR-Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung u. a. mit der reproduzierbaren Herstellung von maßgeschneiderten Nano-Drähten, die möglichst passfähig zur herkömmlichen Silizium-Techologie sein sollen.

Die Herstellung dieser Drähte beruht auf der Ionenstrahlsynthese, schematisch in Abb. 2 dargestellt. Hierzu werden feine Linien von Cobalt-Ionen mit dem Fokussierten Ionenstrahl (FIB; Focussed Ion Beam) in ein Silizium-Substrat bei erhöhten Temperaturen implantiert und in einem folgenden Ausheilprozess zu einem Cobaltdisilizid-Draht (CoSi2) synthetisiert. Dabei wird die Kombination zweier wesentlicher Aspekte ausgenutzt. Zum einen wird der geringe Drahtdurchmesser durch die hohe Fokussierbarkeit des FIB auf kleiner als 50 Nanometer erreicht, auch als „top-down“-Ansatz bezeichnet. Zum anderen führen selbst-organisierende Prozesse, der „bottom-up“-Ansatz, zu einer weiteren Konzentration der implantierten Cobalt-Verteilung. Dies ermöglicht die Synthese von Nanostrukturen mit einem Durchmesser von 10 bis 20 Nanometer.

Der Schwerpunkt der Arbeiten konzentriert sich zunächst auf das zur Mikroelektronik-Technologie kompatible Cobaltdisilizid. Dieses Material ist metallisch, weist eine sehr gute Leitfähigkeit auf und ist hinsichtlich der Gitterstruktur der des Siliziums sehr ähnlich. Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend, nun gilt es, die Reproduzierbarkeit sowie die genaue „Platzierung“ der Drähte im Material zu gewährleisten. Auf dem Weg hin zu neuen Nano-Bauelementen für die Mikroelektronik ist also noch viel zu tun.