Der supraleitende Feldeffekttransistor
Eine Gate-Spannung schaltet einen Suprastrom durch einen Kanal aus halbleitendem Nanodraht
Raumtemperatur-Supraleiter sind zwar noch nicht entdeckt, dennoch verfolgen Forscher die Vision von Hybrid-Bauelementen aus Supra- und Halbleitern. Normalerweise bildet sich an einem Metall-Halbleiter-Übergang eine Potentialschwelle namens Schottky-Barriere aus, die von den unterschiedlichen Austrittsarbeiten der Elektronen beider Stoffe herrührt. Die Schwelle lässt sich in Schottky-Dioden als flinker Gleichrichter technisch nutzen, ist hier jedoch unerwünscht. Supraleitende Kontakte können diesen Effekt umgehen, was sich möglicherweise in ferner Zukunft in Nano-Feldeffekttransistoren nutzen ließe, vielleicht in Quantencomputern.
Alles Nano? Chemisch aufgewachsene Halbleiter machen heutzutage viel Rummel: Potentielle technische Anwendungen wären Feldeffekttransitoren (FET), elementare Logikschaltungen, Tunneldioden, lichtemittierende Dioden, Laser und biochemische Sensoren. Vor einigen Jahren gelang das monolithische Integrieren von III/V-Halbleitern in Standard-CMOS-Siliziumchips, was für die Optoelektronik interessant ist, wenn auch Silizium sich inzwischen mit einigen Tricks zum Leuchten bringen lässt.
Ein Problem sind bisher die großen elektrischen Widerstände an den Grenzflächen zwischen Metallkontakten und halbleitenden Nanodrähten, zudem bildet sich am Metall-Halbleiter-Übergang normalerweise eine Schottky-Barriere aus. Kurz: Wie jeder Halbleiterchip braucht auch ein Nanotransitor ohmsche Kontakte.
Wissenschaftler der TU Delft haben zusammen mit Forschern von Philips diese Barriere mit supraleitenden Kontakten an halbleitenden Nanodrähten umgangen; der Nanodraht besteht aus Indiumarsenid, der Kontakt aus einer Aluminium-Titan-Doppelschicht, die Sprungtemperatur beträgt rund 1 Kelvin. Die Forscher formen den Nanodraht nicht lithografisch; vielmehr katalysiert ein winziges Gold-Teilchen gewissermassen das Wachsen des Nanodrahtes aus InAs. Nunmehr fließen Cooper-Paare aus dem Supraleiter in den halbleitenden Kanal aus einem Nanodraht. Der Suprastrom durch den Kanal aus dem halbleitenden Nanodraht lässt sich - wie bei jedem normalen FET auch - über die Gate-Spannung schalten. Ein Supraleiter mit einer Sprungtemperatur von rund 1 Kelvin erschwert jedoch auf absehbare Zeit eine technische Anwendung. Die holländischen Forscher berichten ihre Ergebnisse in der Ausgabe vom 8. Juli 2005 der Zeitschrift Science auf Seite 272 in Band 309.