Onderzoekers van Aalto University hebben een nieuwe methode ontwikkeld om verschillende soorten nanodraden naast elkaar te implementeren in een enkele array op een enkel substraat. De nieuwe techniek maakt het mogelijk om verschillende halfgeleidermaterialen te gebruiken voor de verschillende soorten nanodraden.

'We zijn erin geslaagd om nanodraden die zijn gegroeid met de VLS (vapor-liquid-solid) en SAE (selective-area epitaxie) technieken op hetzelfde platform te combineren. Het verschil met eerder uitgevoerde studies over hetzelfde onderwerp is dat in de dual-type array de verschillende materialen niet in dezelfde nanodraad groeien, maar eerder als afzonderlijke draden op hetzelfde substraat', zegt Docent Teppo Huhtio.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het Nano-letters tijdschrift op 5 februari 2015.

Verschillende toepassingen

Het nieuwe fabricageproces kent veel fasen. Eerst, gouden nanodeeltjes worden uitgespreid op een substraat. Volgende, het substraat is bedekt met siliciumoxide, waarin vervolgens kleine gaatjes worden gepatroneerd met behulp van elektronenstraallithografie. In de eerste groeifase (SAE), nanodraden groeien van waar de gaten zich bevinden, waarna het siliciumoxide wordt verwijderd. In de tweede fase worden verschillende soorten nanodraden gekweekt met behulp van de gouden nanodeeltjes (VLS). De onderzoekers gebruikten een metaal-organische dampfase-epitaxiereactor waarin de uitgangsmaterialen bij hoge temperatuur ontleden, halfgeleiderverbindingen vormen op het substraat.

'Zo zijn we erin geslaagd om twee groeimethoden te combineren in hetzelfde proces', zegt promovendus Joona-Pekko Kakko.

'We merkten bij optische reflectiemetingen dat licht beter koppelt aan zo'n combinatiestructuur. Bijvoorbeeld, een zonnecel heeft minder reflectie en een betere absorptie van licht', Huhtio voegt eraan toe.

Naast zonnecellen en leds, de onderzoekers zien ook goede toepassingen in thermo-elektrische generatoren. Verdere verwerking voor componenttoepassingen is al begonnen.

Nanodraden worden intensief onderzocht, omdat halfgeleidercomponenten die nu in gebruik zijn kleiner en kosteneffectiever moeten worden gemaakt. De nanodraden gemaakt van halfgeleidermaterialen zijn doorgaans 1-10 micrometer lang, met een diameter van 5-100 nanometer.

Het onderzoek is uitgevoerd aan de Aalto University School of Electrical Engineering. Het onderzoek ontving financiering van Aalto University's Aalto Energy Efficiency Research Program AEF.