Science-Fiction-Elektronik verdrahten

Wie sich gegenüberliegende Enden einzelner organischer Moleküle elektrisch anschließen lassen

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Transistoren aus einzelnen Molekülen könnten eine Option für die Elektronik des übernächsten Jahrzehnts sein. Das Problem ist das Verdrahten einzelner Moleküle, mit mikromechanischen Drähten sind amerikanische Forscher dessen Lösung einen Schritt näher gekommen. Die Idee ist, zwei Metalle zu verwenden, von denen sich eines nasschemisch wegätzen lässt.

Die Vision der molekularen Elektronik sind Entsprechungen elektronischer Bauelemente wie beispielsweise Transistoren und Dioden aus einzelnen organischen Molekülen. Während in heutigen Mikroprozessoren Strukturbreiten – genauer: Gate-Breiten von MOSFETs – von 90 nm Stand der Technik sind, haben die relevanten organischen Moleküle eine Ausdehnung von wenigen Nanometern. Mit heutigen Labormethoden wie der Extrem-UV-Lithographie, der Ionen- und Elektronenstrahllithografie sowie dem Nano-Stempel wird sich dann nichts mehr ausrichten lassen.

Dieses Feld der molekularen Elektronik beackern nicht nur Forscher in Elfenbeintürmen, sondern auch Firmen mit Aktionären im Nacken, vor allem amerikanische wie beispielsweise Hewlett Packard, Motorola und der blaue Riese.

Die beiden Metalle für die Nanodrähte lassen sich in zylinderförmigen Poren mit rund 0,36 µm Durchmesser in einer Membran aus Aluminiumoxid elektrochemisch abscheiden; die Form wird danach aufgelöst. Nach einigen Zwischenschritten wird schließlich ist das unedlere Metall nasschemisch weggeätzt, so entsteht die gewünschte winzige Lücke von derzeit 5 nm Breite. OWL = on wire lithography, sonication = Reinigung im Ultraschall-Bad (Bild: Chad A. Mirkin, Northwestern University, Illinois)

Zum Anschließen einzelner Moleküle sind bisher zwei Verfahren bekannt: Ein auf einer Oberfläche chemisch absorbiertes Molekül wird an einem anderen Teil mit einer winzigen Spitze kontaktiert, eine solche Spitze verwendet man auch in Rastertunnelmikroskopen. Das zweite Prinzip ist eine winzige Lücke zwischen zwei Elektroden mit einem einzelnen Molekül dazwischen.

Beide Ansätze erscheinen bislang für eine spätere Massenfertigung nur als bedingt geeignet, letzteren haben Forscher der Northwestern University in Evanston im Bundesstaat Illinois nunmehr verfeinert, sie berichten ihre Ergebnisse in der Ausgabe vom 1. Juli 2005 der Zeitschrift Science auf Seite 113 in Band 309.

Die Idee ist, zwei Metalle, beispielsweise Gold/Silber oder Gold/Nickel für die winzigen Drähte zu verwenden, von denen sich das unedlere später nasschemisch wegätzen lässt, um so die Lücke für das einzelne organische Molekül zu erzeugen; bisher ist diese jedoch noch recht groß, gefragt wären unter 5 nm breite Lücken für einzelne organische Moleküle.

Die Forscher verwendeten daher Polymere statt einzelner organischer Moleküle. Bei der Breite sehen die Forscher noch Potential für Verbesserungen, die in Frage kommenden Moleküle sind mit rund 1 nm Ausdehnung eher kleiner, erst dann wären molekulare Transistoren möglich.