Einer Forschungsgruppe der TU Wien ist es gelungen, die Grenzfläche zwischen Graphen und herkömmlichen Halbleitern auf atomarer Ebene exakt zu kontrollieren.

Thomas Pichler von der Technischen Universität Wien hat mehrere Erkenntnisse zur zweidimensionalen Kohlenstoffmodifikation Graphen gewonnen. Seine Gruppe beschäftigte sich im Rahmen eines vom FWF geförderten Projekts mit den Wechselwirkungen von Graphen mit seinem Trägermaterial auf atomarer Ebene. Dazu nutzte man spektroskopische Methoden (beispielweise die Winkel-aufgelöste Photoelektronen-Spektroskopie) und verknüpfte deren Ergebnisse mit Ab-initio-Rechnungen, die am Institut für Elektronik, Mikroelektronik und Nanotechnologie der Universität Lille durchgeführt wurden.

Dabei konnte eine Korrelation zwischen einem Ladungstransfer und der mechanischen Spannung von Graphen nachgewiesen werden, was dazu benutzt werden kann, interne Spannungen in Bauelementen auf Graphenbasis ohne Kontakt zu messen. Auch gelang es, die Grenzfläche zwischen Graphen und klassischen Halbleitern wie Germanium auf atomarer Ebene exakt zu kontrollieren.

Hoffnungsträger für die Halbleiterindustrie

Diese Ergebnisse sind deswegen so wichtig, weil Graphen als Hoffnungsträger für künftige Entwicklungen der Halbleiterindustrie gilt. Dazu müsste es aber gelingen, das Material reproduzierbar in elektronische Baugruppen zu integrieren, was bisher noch kaum gelungen ist. Die Kontrolle der Wechselwirkung mit herkömmlichen Halbleiter-Materialien auf atomarer Ebene könnte ein wichtiger Schritt dazu sein.

Wichtig für den Erfolg des Projekts war die Herstellung von großflächigem Graphen, das elektronisch isoliert vorlag. An diesem System konnte die elektronische Struktur durch Substitution anderer Atome sowie durch Interkalation (Einschieben dünnster Metallschichten zwischen Graphen und Trägermaterial) manipuliert werden.

Die Ergebnisse des Projekts wurden in mehreren Publikationen veröffentlicht. Vergangenes Jahr erschien die Arbeit „Atomically precise semiconductor - graphene and hBN interfaces by Ge intercalation“ in der renommierten Zeitschrift Nature.