Bättre (h)elkoll på halvledare – doktorand löste svårknäckt nöt

Halvledande material är en förutsättning för den moderna elektroniken och optoelektroniken. När man kontrollerar att materialet är rätt blandat, ”dopat”, och att dess elektriska egenskaper därmed fungerar som de ska, har man de senaste hundra åren använt sig av så kallade Hallmätningar – något annat sätt finns egentligen inte.

Med sådana mätningar karaktäriserar man halvledare och halvledarkomponenter på ”makro-skalan”. Däremot har man famlat i blindo för motsvarande mätningar på komponenter i nanostorlek, vilka blir allt vanligare när elektroniktillverkningen numera befinner sig på atomnivå.

Men Kristian Storm, doktorand i nanovetenskap vid Lunds Tekniska Högskola, ser ut att ha löst problemet. Resultat publiceras i senaste numret av Nature Nanotechnology.

– Alla i forskarvärlden har sagt att det bara var att glömma att kontrollera dopningen och mäta strömmen på nanonivå. Men när jag föreslog mätmetoden till Kristian Storm sa han att ”det där kan jag fixa” – och så gick han in i labbet och gjorde det! berättar Lars Samuelson, professor i halvledarfysik och Kristian Storms handledare.

Det är otroligt små kvantiteter det handlar om. Det räcker med att man byter ut en atom på en miljard för att de elektriska egenskaperna skall ändras.

Nanotrådar, halvledarstrukturer vilka forskarna slöjdar fram atom för atom, är numera ett etablerat forskningsområde. Kristian Storms metod är generell och kan användas inom hela nanotrådsfältet. Den förväntas därmed leda till effektivare komponenter för elektronik och optoelektronik. Det material som Kristian Storm och hans kollegor har jobbat med heter InP, indium-fosfid. Det finns i lysdioder, solceller och i datorns optiska kommunikation.

– Vi kom på att vi kan använda en nyutvecklad teknik där en tunn polymer läggs på provet. Denna polymer bakar in nanotråden och gör det enklare att tillverka elektriska kontakter till den. Med hjälp av ett slags elektronmikroskop la vi sedan på de elektriska kontakterna, säger Kristian Storm.

Han och hans kollegor har dessutom använt sig av en elektronstråle för att få nanotråden att skicka ut ljus. Ljuset som skickas ut innehåller information om blandningen av materialet och metoden kan därför användas för att säkerställa resultaten från de elektriska mätningarna.

– Utifrån våglängden som skickas ut kan vi lista ut koncentrationen av dopatomer, säger han.

Fakta: Halvledare är material som varken leder ström lika bra som metaller, eller hindrar den lika effektivt som en isolator. Kisel och germanium är två exempel. Det kanske inte låter så bra, men är i själva verket alldeles förträffligt. Orsaken är att vi kan påverka deras ledningsförmåga genom att till exempel introducera främmande störatomer, så kallad dopning. Ifall material med olika typer av dopning kombineras kan man i sin tur tillverka t.ex. solceller eller lysdioder.

KONTAKT OCH INFORMATION
Kristian Storm, doktorand i Fasta tillståndets fysik, +1 408 507 1049, Kristian.Storm@ftf.lth.se , Lars Samuelson, professor i halvledarfysik, 046-222 76 79, 070-317 76 79, Lars.Samuelson@ftf.lth.se. Eftersom båda är på konferens i San Fransciso kan man också kontakta de artikelförfattare som finns i Lund, t ex Magnus Heurlin, doktorand, 046-222 43 68 , 0708252448, Magnus.Heurlin@ftf.lth.se eller Bo Monemar, professor emeritus i halvledarfysik; Bo.Monemar@ftf.lth.se 0708-17 57 97 . Bild på Kristian Storm bifogas.

Läs Natures egen populärvetenskapliga artikel: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/pdf/nnano.2012.191.pdf