Eine Münchner Wissenschaftlergruppe hat aus der Oberfläche eines Diamanten einen Transistor hergestellt. Dies gelang durch das kontrollierte Aufbringen von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen auf die Diamantoberfläche, wodurch diese in leitende und nichtleitende Bereiche eingeteilt wurde. Das berichten die Forscher im Fachblatt Applied Physics Letters (Bd. 82, S. 988). Da sich biologische Substanzen wie etwa menschliche Zellen gewöhnlich gut mit Diamant vertragen, könnte der neue Transistor unter anderem in bioelektronischen Geräten eingesetzt werden.
Die Forscher um Martin Stutzmann vom Walter Schottky Institut in Garching bei München stellten zunächst eine den elektrischen Strom sehr gut leitende Diamantoberfläche her. Da Diamantoberflächen allerdings gewöhnlich mit einer mehrere Atome dicken nichtleitenden Graphitschicht überzogen sind, musste diese zunächst durch ein chemisches Verfahren entfernt werden. Um zu verhindern, dass sich die Kohlenstoffatome des Diamanten an der Oberfläche spontan wieder in Graphitschichten anordneten, überzogen die Forscher diese anschließend mit einer dünnen Wasserstoffschicht ? ein in der Fachwelt als Passivierung bezeichneter Vorgang.
Dass eine mit Wasserstoff passivierte Diamantoberfläche eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist schon länger bekannt. Wenn die Wasserstoffatome allerdings gegen Sauerstoff ausgetauscht werden, so ändern sich die elektrischen Eigenschaften der Oberfläche drastisch in die eines Nichtleiters oder Isolators.
Um diesen Effekt zur Herstellung eines Transistors auszunutzen, ersetzten die Forscher in kontrollierter Weise die Wasserstoffatome bestimmter Bereiche der Diamantoberfläche mit Sauerstoffatomen. Dazu schirmten sie einen Teil der Oberfläche mit einer Maske ab und gaben den Diamanten dann in ein hochreaktives Sauerstoffplasma, das die freiliegenden Wasserstoffatome durch Sauerstoff ersetzte.
Auf diese Weise konnte die Diamanterfläche mit dem elektronischen Bauplan eines Transistors versehen werden. Nun mussten nur noch vier Metallelektroden aus Aluminium aufgedampft werden, um die leitenden und nichtleitenden Bereiche des Transistors zu kontaktieren. Zur großen Zufriedenheit der Forscher wies der so hergestellte Transistor in der Tat eine sehr gute elektronische Schaltcharakteristik auf.
Derartig flache und mikroskopisch kleine Oberflächentransistoren könnten in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingesetzt werden. Da Diamant zudem bioverträglich ist, bietet sich auch ein Einsatz in medizinischen Implantaten an. Die Forscher wollen allerdings zunächst exotischere Geräte wie etwa Ein-Elektronen-Transistoren aus Diamant untersuchen.
Stefan Maier
