Organische Moleküle als Chip-Beschleuniger

Forscher der Universität Illinois haben organische Moleküle erfolgreich an spezifischen Stellen an Siliziumoberflächen gebunden. Die präzise Manipulation von Molekülen auf atomarem Niveau stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Fusion von molekularer Elektronik und Siliziumtechnologie dar.

"Die Halbleiterindustrie stößt schon jetzt an die Grenzen der Siliziumtechnologie", beschreibt Joseph Lyding, Professor für Elecrtrical and Computer Engineering der Universität Illinois die Herausforderung. "Wir arbeiten intensiv an einer Verbindung bestehender und zukünftiger Technologien zur Lösung dieses Problems."

Aktivierung von Siliziumoberflächen
Um Moleküle selektiv an eine Siliziumoberfläche zu binden, mussten Professor Lyding und seine Studenten Hersam und Guisinger die Siliziumbindungen mittels Wasserstoff deaktivieren. Dazu verwendeten sie ein Ultra-Hoch-Vakuum-Raster-Tunnelmikroskop, um die individuellen Silizium-Wasserstoff-Bindungen aufzubrechen und die Wasserstoffatome von spezifischen Stellen zu entfernen.

Original Press Release der Universität Illinois

Hoch effektive Bindungsstellen

"Wir nutzten den Vorteil der verschiedenen chemischen Reaktionsweisen von reinem und wasserstoffgebundenem Silizium", beschreibt Forschungsassistent Hersam.

Durch die Beseitigung der Wasserstoffatome enstanden in der Siliziumoberfläche winzige Löcher. Diese dienten als hoch effektive Bindungsstellen, an denen sich Moleküle spontan selbst anordneten.

Feedback-kontollierte Lithographie
Feedback-kontollierte Lithographie gibt dem Musterenstehungsprozess der Moleküle an der nackten Siliziumoberfläche die atomare Präzision. Diese Methode überwacht das Mikroskop-Feedbacksignal sowie den Tunnelstrom während der Musterenstehung und beendet diesen Prozess augenblicklich, sobald eine molekulare Bindung aufbricht. Durch die Feedback-Kontrolle des Mikroskopes konnte eine kleine, definierte Menge an Elektronen lokal die Oberfläche des Siliziums deaktivieren und so eine Vorlage schaffen.

Nanostruktur-Forschung am Beckman-Institut

Die Forscher demonstrierten die Machbarkeit ihrer Methode an drei verschiedenen organischen Molekülen.

Diese haben im Vergleich zu anorganischen Molekülen wie Silizium den großen Vorteil, dass deren Endgruppen für potenzielle elektronische Schaltkreise funktioneller aufbereitet werden können.

Hundert Billionen Operationen pro Sekunde
"Es scheint jetzt möglich, molekulare Anordnungen und Schalterelemente zu bauen, die hundert Billionen Operationen pro Sekunde verarbeiten", sieht Professor Lyding die Zukunft molekularer Schaltkreise.

Department of Electrical & Computer Engineering der Universität Illinois