Blau, rot und grün leuchtendes Silizium durch Nanotechnik

Der von dem Forscherteam um Munir Nayfeh und Sahraoui Chaieb entwickelte Herstellungsprozess von Siliziumnanokristallen ist relativ einfach: In einem ersten Schritt wird eine herkömmliche Siliziumscheibe (ein sogenannter Wafer) einem elektrochemischen Ätzbad ausgesetzt. Dies führt zu einer Erosion der Waferoberfläche, die sich durch den gesamten Wafer ausbreitet und schließlich ein Netzwerk aus feinen, nur schwach miteinander verhafteten Nanostrukturen zurücklässt. In einem zweiten Schritt wird dieses Netzwerk in einem Ultraschallbad aufgebrochen, und die dadurch freigesetzten Siliziumnanokristalle können anschließend ihrer Größe nach getrennt werden.

Die so entstandenen Nanokristalle senden nach einer Anregung mit ultraviolettem Licht elektromagnetische Wellen im optischen Bereich des Spektrums aus. Die kleinsten der von dem Forscherteam hergestellten Teilchen lumineszieren so in den Farben blau, grün, gelb und rot. Die Forscher arbeiten zur Zeit an der Entwicklung einer neuen Methode zur elektrischen Anregung der Kristalle. Ziel dieser Forschung ist eine Integration von auf Silizium basierenden optoelektronischen Bauteilen mit herkömmlichen Computerchips.

Siliziumnanokristalle sind sowohl für optoelektronische Anwendungen wie Flachbildschirme und Speichermodule als auch für die biomedizinische Forschung von Interesse. Ihre Lichtemission ist sowohl zeitlich stabil als auch um ein Vielfaches stärker als die von herkömmlichen Fluoreszenzfarbstoffen, und damit stellen sie ein ideales Mittel zur Markierung von Zellen und anderen biologisch relevanten Strukturen dar.

Da das Ausgangsmaterial zur Erzeugung von Siliziumnanokristallen aus herkömmlichen, in der Halbleiterindustrie millionenfach eingesetzten Wafern besteht, könnte die neue Herstellungsmethode schon bald in der industriellen Produktion von Siliziumnanokristallen eingesetzt werden.