Print deze pagina 8 juli 2005 2005/11

Halfgeleider en supergeleider gecombineerd op nanoschaal

Halfgeleidende vaste-stof transistors vormen de basis voor de huidige elektronica. Voor toepassingen bij zeer lage temperaturen zou het erg aantrekkelijk zijn als halfgeleiders gecombineerd kunnen worden met supergeleiders, die immers bij dergelijke temperaturen stroom zonder weerstand geleiden. Het zoeken naar een combinatie van halfgeleiders en supergeleiders geniet daarom al een jaar of twintig grote belangstelling van experimentatoren en theoretisch onderzoekers. Natuurkundigen van het Kavli Institute of Nanoscience in Delft, de Stichting FOM en Philips hebben nu voor het eerst supergeleidende transistoren weten te maken die gebaseerd zijn op halfgeleidende nanodraden. Ze publiceren hierover in de Science van 8 juli 2005.

De nanodraad bestaat uit het halfgeleidermateriaal indiumarsenide dat met een doorsnede van 10 tot 100 nanometer wordt gegroeid met een chemisch proces (vapor-liquid-solid genoemd)^*). Dit is een 'bottom-up'-proces, waarbij de draad groeit uit een katalysedeeltje van goud. Bij conventionele fabricagetechnieken worden structuren juist gemaakt door overtollig materiaal weg te halen met lithografie en etsprocessen. De nanodraden kunnen met gemak tientallen micrometers lang worden. Vervolgens worden de nanodraden aangesloten op supergeleidende contacten van aluminium. Door een quantummechanisch effect 'lekt' de supergeleidende eigenschap van het aluminium de draad in, waardoor er tussen nabijgelegen contacten een superstroom kan lopen. Met behulp van een spanning op een gate-elektrode kan de grootte van de superstroom worden beheerst, vergelijkbaar met een conventionele transistor.

_________________________

^*) Het indiumarsenide wordt verdampt (vapor) waarna het oplost in een bolletje goud (liquid) dat als katalysator wordt gebruikt. Als het bolletje oververzadigd is gaat de nanodraad groeien (solid). Dit is een nieuwe manier van draden groeien die de laatste jaren veel aandacht trekt vanwege de veelzijdigheid in samenstelling van de draden. Zo is het mogelijk in de draad overgangen te maken tussen verschillende materialen door tijdens de groei de halfgeleiderdamp te veranderen. Op die manier kan bijvoorbeeld een LED worden gemaakt in een nanodraad.

De onderzoeksresultaten geven nieuwe mogelijkheden voor fundamenteel onderzoek naar quantummechanische transportverschijnselen en quantum-computation.

Meer over het onderzoek in de bijlage.