Eine internationale Forschergruppe hat herausgefunden, dass Atome kleine Berge auf einer ansonsten glatten Kristalloberfläche nicht nur hinunter, sondern auch bergauf diffundieren können. Dieses überraschende Ergebnis kann den Forschern zu Folge einen Beitrag zur weiteren Verbesserung eines der wichtigsten Herstellungsverfahren von Halbleiterchips, der so genannten Molekularstrahlepitaxie, leisten. Die Ergebnisse der Studie sollen in einer der nächsten Ausgaben der Physical Review Letters veröffentlicht werden.
Das von Francesco Buatier de Mongeot und Zhenyu Zhang angeführte Team von Wissenschaftlern aus Italien, China sowie den Vereinigten Staaten untersuchte die Oberfläche eines glatten Aluminiumkristalls, auf den mittels Molekularstrahlepitaxie weitere Schichten von Aluminiumatomen aufgebracht wurden. Überraschenderweise bildeten sich während dieses Prozesses winzig kleine Aluminiumberge mit Höhen von nur wenigen Nanometern aus.
Der gängigen Lehrmeinung zu Folge sollten derartige Störstellen nur dann in großer Zahl auftreten, wenn sich die durch die Molekülstrahlen auf der Kristalloberfläche aufgebrachten Atome von denen der Unterlage unterscheiden. Die Gitterstrukturen sind dann nämlich unterschiedlich, so dass die Oberfläche unter einer mechanischen Spannung steht. Dies führt dazu, dass die neuen Atome keine glatten Schichten, sondern bergige Landschaften bilden.
Diese Theorie kann allerdings nicht erklären, wieso die Berge auch bei der Verbindung gleichartiger Atomschichten auftreten. Den Forscher zu Folge geschieht dies durch Diffusion. Bei diesem Vorgang bewegen sich Atome vom Fuß der Berge spontan nach oben, so dass sich scharfe Spitzen ausbilden. Ein Bild dieser Oberflächenstruktur ist auf der Webseite des American Institute of Physics zu finden.
Stefan Maier
