Halbleiter-Nanokristalle dotieren

Die Größe der Bindungsenergie der Fremdatome entscheidet, ob das Dotieren gelingt

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In der heutigen Halbleitertechnik ist das Dotieren ein alltäglicher Vorgang. Anders sieht es bei Halbleiter-Nanokristallen aus, diese scheinen die Fremdatome nicht ohne weiteres aufzunehmen. Amerikanische Forscher haben einen Kristall dotiert, von dem andere Wissenschaftler bislang annahmen, er sei nicht dotierbar. Die künftige Anwendung könnte die Spintronik werden.

Wie dotiert man Nanokristalle aus Halbleitern? Dieser in der heutigen Halbleiterindustrie bei massiven Silizium-Wafern alltägliche Vorgang misslang bisher in vielen Laboren bei Nanokristallen. Bisher glaubten die Forscher, Nanokristalle sonderten gezielte Verunreinigungen oft einfach wieder ab. Während sich beispielsweise Mangan in Cadmiumsulfid und Zinkselenid einbringen lässt, schien das bei Cadmiumselenid nicht der Fall zu sein.

Cadmiumselenid lässt sich mit Mangan dotieren (Mitte). Anhand zweier Kontroll-Proben (links und rechts) lässt sich ausschließen, dass das Mangan während des Wachsens der Cadmiumselenid-Schale ins Zinkselenid eindringt. Der Zinkselenid-Kristall (rechts) wurde erhitzt, während Mangan auf diesem vorhanden war, eine hohe Temperatur fördert die Diffusion. Der Durchmesser des Zinkselenid-Kristalls ist stets 3,6 Nanometer. Bild: Steven C. Erwin, Naval Research Laboratory in Washington

Grundsätzlich scheint es keinen Mechanismus zum Ausscheiden von Dotierstoffen zu geben. Wie Wissenschaftler des Forschungslabors der amerikanischen Marine in Washington D. C. herausfanden, hängt das erfolgreiche Dotieren vielmehr von der Form der Kristalle, an deren Oberfläche sich die Fremdatome anlagern sollen, sowie von der anfänglichen Adsorption der Fremdatome auf der Oberfläche während des Wachsens des Kristalls ab. Die hier einschlägige Kennzahl ist die Bindungsenergie der Fremdatome. Die amerikanischen Forscher berichten ihr Experiment - das Dotieren von Cadmiumselenid mit Mangan - in der Ausgabe vom 7. Juli 2005 der Zeitschrift Nature auf Seite 91 in Band 436.