Erstmals ist es amerikanischen Wissenschaftlern gelungen, Nanostrukturen in allen drei Raumrichtungen nach vorgegebenen Mustern wachsen zu lassen. Damit öffnet sich der Nanowelt eine weitere Tür auf dem Weg zu elektronischen Bauteilen: Die Strukturierung von Oberflächen, zum Beispiel für Chips, ist nun im Nanomaßstab möglich. Kuriose Muster und ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher vom Rensselaer Polytechnic Institute in Troy im Bundesstaat New York in der Zeitschrift Nature.
Die Werkstoffwissenschaftler um Pulickel Ajayan erzielten säulenartige oder an Blümchen erinnernde Muster, in dem sie Teilchen aus Dampf auf eine speziell strukturierte Silizium-Quarz-Platte abschieden. Diese Methode der Beschichtung heißt chemical vapor deposition – zu deutsch “chemische Dampfabscheidung”. In dem Dampf befanden sich zum einen die Grundbausteine der Nanoröhrchen, der Kohlenwasserstoff Xylol, zum anderen ein Katalysator, der die Beschichtung bei 800°C ermöglicht.
Um jedoch mit diesem Verfahren Ordnung in die Nanoröhren zu bringen, muss die Unterlage entsprechend präpariert sein. Dazu nutzt man die Eigenschaft bestimmter Nanoröhrchen, sich auf Quarz immer senkrecht zu dessen Struktur anzuordnen. Silizium dagegen meiden die Röhrchen völlig. Die Eigenarten nutzen bereits einige Forschergruppen, um Nanomuster zu kreieren. Mit der herkömmlichen Fotolithografie und durch Ätzen wird Siliziumdioxid, also der Quarz, entfernt. Dadurch entstehen Gräben aus nacktem Silizium und Berge aus Siliziumdioxid bleiben an den ausgesparten Stellen zurück. Auf diesen Bergen konnten einige Forschergruppen Nanopartikel in bestimmter Ausrichtung abscheiden – doch bislang nur in zwei Dimensionen.
Mit dem Katalysator in der Dampfphase gelang es nun Ajayan und seinen Kollegen, die Röhrchen in alle drei Raumrichtungen wachsen zu lassen. Auf die Bergkuppen aus Siliziumdioxid legten sich die Röhrchen in vertikaler Richtung, an den Hängen der Berge wuchsen sie in die Horizontale. Auf diese Weise entstanden bizarre Muster, die teils an Blümchen auf einer Wiese erinnerten.
Im Schnitt wuchsen die Strukturen mit dem Verfahren um zehn Mikrometer pro Minute. Je kürzer die Zeit, die der Dampf auf die geätzte Platte einwirkte, desto kleiner wurden die Säulen oder Blümchen.
Susanne Donner
