Muitos dispositivos semicondutores em tecnologia moderna - de circuitos integrados a células solares e LEDs - são baseados em nanoestruturas. A produção de matrizes de nanoestruturas regulares geralmente requer um esforço substancial. Se eles fossem auto-organizados, a produção de tais dispositivos seria consideravelmente mais rápida e os custos, portanto, diminuiriam. Dr. Stefan Facsko do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e Dr. Xin Ou do Instituto de Microssistema e Tecnologia da Informação de Xangai (SIMIT), Academia Chinesa de Ciências, agora demonstraram um método para auto-organização de matrizes nanoestruturadas por meio de irradiação de feixe de íons amplo. Os resultados foram publicados na revista científica Nanoescala .

Em seu método surpreendente, os pesquisadores usam feixes de íons, que são rápidos, átomos eletricamente carregados. Eles direcionam um amplo feixe de íons de gases nobres para uma bolacha de arsenieto de gálio, que, por exemplo, é usado na produção de transistores de alta velocidade e alta frequência, fotocélulas ou diodos emissores de luz. "Pode-se comparar o bombardeio iônico com o jato de areia. Isso significa que os íons saem da superfície do alvo. as nanoestruturas desejadas são criadas por si mesmas, "explica o Dr. Facsko. A estrutura finamente cinzelada e regular é uma reminiscência de dunas de areia, estruturas naturais criadas pelo vento. Tudo ocorre, Contudo, em um nano-reino, com uma mera distância de cinquenta nanômetros entre duas dunas - os fios de cabelo humano são duas mil vezes mais grossos.

Bombardeio de íons em temperatura elevada

Em temperatura ambiente, Contudo, o feixe de íons destrói a estrutura cristalina do arseneto de gálio e, portanto, suas propriedades semicondutoras. O grupo do Dr. Facsko no Ion Beam Center do HZDR, portanto, usa a oportunidade para aquecer a amostra durante o bombardeio de íons. Cerca de quatrocentos graus Celsius, as estruturas destruídas se recuperam rapidamente.

Um outro efeito garante que as nanodunas na superfície do semicondutor se desenvolvam. Os íons em colisão não apenas deslocam os átomos que atingem, mas também tira átomos individuais inteiramente da estrutura cristalina. Uma vez que o arsênio volátil não permanece preso na superfície, a superfície logo consiste apenas de átomos de gálio. A fim de compensar as ligações do átomo de arsênico ausentes, pares de dois átomos de gálio se formam, que se organizam em longas filas. Se o feixe de íons eliminar mais átomos próximos a eles, os pares de gálio não podem escorregar pelo degrau que foi criado porque as temperaturas são muito baixas para que isso aconteça. É assim que as longas filas de pares de gálio formam nanodunas após um período de tempo, em que vários pares longos de linhas ficam lado a lado.

Muitos experimentos em diferentes temperaturas e cálculos abrangentes foram necessários tanto para preservar o estado cristalino do material semicondutor quanto para produzir as estruturas bem definidas em nanoescala. Dr. Facsko do HZDR diz:"O método da epitaxia inversa funciona para vários materiais, mas ainda está em sua fase de pesquisa básica. Como usamos íons de energia particularmente baixa - menos de 1 quilovolt -, que pode ser gerado usando métodos simples, esperamos poder apontar o caminho para a implementação industrial. A fabricação de estruturas semelhantes com os métodos atuais de última geração exige um esforço consideravelmente maior. "