Ny upptäckt kan revolutionera elektronikillverkningen

Istället för att som idag utgå från en kiselplatta eller annat substrat, har forskare låtit strukturerna växa fram ur fritt svävande guldnanopartiklar i en strömmande gas.

Bakom upptäckten står Lars Samuelson, professor i halvledarfysik vid Lunds Tekniska Högskola och chef för Lunds universitets Nanometerkonsortium. Om två till fyra år tror han att tekniken är mogen för att kommersialiseras. En prototyp för solceller beräknas finnas klar om två år.

– När jag först kastade fram idén att strunta i substraten sa folk omkring mig att ”du är inte klok, Lars, det kan ju inte fungera”. När vi sedan testade principen i en av våra ombyggda ugnar på 400 grader C kunde vi inte drömma om sådana här bra resultat, berättar han.

– Den bärande tanken var alltså att istället låta nanopartiklar av guld fungera som substrat från vilka halvledaren växer. Det betyder att de accepterade koncepten verkligen vändes upp och ner!

Sedan dess har tekniken förfinats, patent har skrivits och ytterligare studier gjorts. I artikeln i Nature visar forskarna bland annat hur man kan kontrollera växten med hjälp av temperatur, tid och storlek på guldnanopartiklarna.

Man har även nyligen byggt en prototypmaskin med en specialbyggd ugn. Genom att ha flera ugnar efter varandra räknar forskarna med att man kan ”baka” vidare nanotrådarna, som strukturerna kallas, och därmed stegvis få fler flera varianter, såsom pn-dioder.

En ytterligare fördel med tekniken är att man slipper kostnaden för dyra halvledarplattor.

– Dessutom är processen inte bara extremt snabb utan även kontinuerlig. Traditionell tillverkning på substrat är batch-baserade och görs i omgångar och därför inte alls lika tidseffektiv, tillägger Lars Samuelson.

Just nu arbetar forskarna med att utveckla ett bra sätt att fånga upp nanotrådarna, och få dem ordna sig på ett bra sätt, på en vald yta. Det kan vara glas, stål eller något annat material som passar för ändamålet.

Anledningen till att ingen har provat den här metoden tidigare, tror Lars Samuelson beror på att dagens metod är så grundläggande och självklar. Sådant tenderar att vara svårt att ifrågasätta.
Men så har också lundaforskarna ett försprång tack vare sin parallella forskning som bygger på ett nytänkande inom tillverkning av nanotrådar på halvledarplattor, kallad epitaxi – den nya har forskarna följaktligen valt att kalla aerotaxi. Istället för att för att som tidigare skulptera motsvarande strukturer ur kisel eller annat halvledande material låter man istället strukturen växa fram, atomlager för atomlager, genom styrd självorganisation.

Man talar alltså om nanotrådar, eller nanopinnar. Genombrottet för dessa halvledande strukturer kom år 2002 och forskas främst om vid universiteten i Lund, Berkeley och Harvard. Lundaforskarnas specialitet är att utveckla trådarnas fysikaliska och elektriska egenskaper – till gagn för resurssnålare och bättre transistorer, solceller, lysdioder, batterier annan elektrisk utrustning som numera är en integrerad del av våra liv.

Läs artikeln “Continuous gas-phase synthesis of nanowires with tuneable properties” genom att fylla i ” 10.1038/nature11652 ” här http://dx.doi.org/ .
Artikelförfattare utöver Lars Samuelson är Magnus Heurlin, Martin Magnusson, David Lindgren, Martin Ek, Reine Wallenberg och Knut Deppert, samtliga verksamma vid Lunds Tekniska Högskola vid Lunds universitet, förutom Martin Magnusson, som jobbar på uppstartsföretaget Sol Voltaics AB.

Forskningen har finansierats av Vetenskapsrådet, Stiftelsen för strategisk forskning (SSF), Knut och Alice Wallenbergs stiftelse och Vinnova.

KONTAKT OCH INFORMATION
Lars Samuelson, 046-222 76 79, 070-317 76 79, Lars.Samuelson@ftf.lth.se  
Lunds universitets Nanometerkonsortium, nmC@LU: www.nano.lth.se.

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. transistorer, solceller eller lysdioder.