Technológia - Elektro Net

2006/8. Technológia
Nanotárgyak elõállítása,
vizsgálata és manipulációja
(1. rész)
KÓSÁNÉ KALAVÉ ENIKÕ, MISÁK SÁNDOR, MOJZES IMRE
Bevezetés
A nanoszerkezetek (pl.: nanoszálak,
nanocsövek, nanorudak). ismert alaptermékei
a nanotechnológiának. Az irántuk
megnyilvánuló rendkívül nagy érdeklõdés
a következõkkel magyarázható. Elõször
is: a nanoszerkezetek alkalmas kísérleti
tárgyak a szilárd anyagok optikai, villamos,
hõelektromos és mechanikai tulajdonságainak
vizsgálatára. Másodszor: felhasználhatóak
építõkövekként a jövõ
nanoelektronikus eszközeiben és áramköreiben,
például a fényt emittáló diódákban
(LED-ekben), az alagútdiódákban, a
nanoszál-tranzisztorokban, a kapcsolókban
stb. [1,2]. Optoelektronikai eszközökben
való felhasználásra (például LEDként,
lézerként és optikai detektorként)
különösen a periódusos rendszer III–V.
oszlopában levõ elemekbõl álló félvezetõ
anyagok nanoszálai alkalmasak, a kedvezõ
optikai és elektrooptikai tulajdonságaik
miatt [3].
A nanotechnológia jó közelítéssel a
nagyon kis dolgok gyártásának tudománya.
Valójában jóval többrõl van szó,
mint a miniatürizálás éppen soron következõ
lépcsõjérõl: egy gyökeresen más
eljárásról, amelynek vezérelvei alapjában
térnek el az úgymond klasszikus technológiákétól.
Míg utóbbi a legegyszerûbb
eszközöktõl napjaink integrált áramköreiig
úgy állította elõ a termékeket, vagy
azok részegységeit, hogy „kifaragták”
õket egy nagyobb darab nyersanyagból,
azaz egy terv alapján eltávolították a „felesleget”,
a nanotechnológia egészen más
vezérelvek szerint alakul: atomonként
akarja összerakni a dolgokat. A valódi
nanotechnológia „szerszámként” igyekszik
felhasználni az elmúlt évszázad alatt
megismert fizikai törvényeket ahhoz,
hogy rábírja az atomokat és a molekulákat
bizonyos tervek, elõre kigondolt kívánalmak
szerinti összekapcsolódásra.
A nanotudományra és a nanotechnológiára
nagy hatást gyakorolt a számítógépek
miniatürizálása. A mikroelektronika
gyártási módszerei sokat finomodtak,
így egyre kisebb félvezetõ eszközök
váltak gyárthatóvá. A fejlõdés követte a
Gordon Moore által jósolt exponenciális
sebességet. Õ arra tette le a garast, hogy
ez még pár évig lehetséges lesz. (Azt,
hogy harminc évig, maga sem gondolta.
Ám a további fejlõdés hamarosan alapvetõ
korlátokba fog ütközni. Korábban is
hallhatóak voltak ehhez hasonló baljóslatú
hangok, ám azok többsége a technológia
korlátaiban látta a hihetetlen fejlõdés
végét. Napjainkban azonban már közeledünk
a fizikai korlátokhoz. Olyan kicsi
méreteket értünk el, ahol a jelenségek
teljesen más elvek alapján mûködnek.
Emiatt a miniatürizáció nehezen folytatható
tovább. Ez nem jelenti a technológiai
fejlõdés végét, csupán új utak, elvek,
anyagok keresését kívánja meg. Ám hamarosan
kiderült, hogy az új utak keresésében
szinte minden természettudomány
összefogására szükség van a számítástudománytól
kezdve a fizikán, kémián át
az élettudományokig, azaz az egyik leginkább
multidiszciplináris tudományterület
jött létre. A nanotudomány az atomi
méretû mesterséges szerkezetek tulajdonságait
és gyártási módját kutatja. Szeretné
ellesni például a természettõl a növények
növekedésének titkát, hogy felhasználja
mesterséges érzékelõk, intelligens
eszközök létrehozására. Egy ígéretes
alternatív út a még kisebb, nanométernagyságú
funkcionális eszközök elõállítására
az atomok és molekulák meghatározott
felületen történõ önszervezõdése.
Ez a megközelítés kombinálja a kényelmes
gyárthatóságot és a felületen szervezõdõ
alakzatok feletti kitûnõ uralmat. Ha
sikerül az önrendezõdõ (self-ordering) jelenségek
irányítását teljesen megérteni,
akkor az önrendezõdési és a növekedési
folyamatokat képesek leszünk úgy irányítani,
hogy a fémes, a félvezetõ és a molekuláris
alapú nanoszerkezetek széles
spektrumát állíthassuk elõ a felületeken
[4]. Richard P. Feynman 1959-es
klasszikussá vált beszédében rámutatott
arra, hogy alul még rengeteg hely van
(„There’s plenty of room at the bottom”).
[5]; Izgalmas, új jelenségeket jósolt, amik
forradalmasíthatják a tudományt és a
technológiát, és ezeken keresztül a mindennapi
életünket, már ha képesek leszünk
az anyag fölötti uralomra atomi
méretek esetében is.
Dr. Kósáné Kalavé Enikõ
villamosmérnök,
a Debreceni Egyetem
Mûszaki Fõiskolai Karának
oktatója elektronika,
méréstechnika,
irányítástechnika és
elektrotechnika
tantárgyakban
Dr. Misák Sándor
mérnök-fizikus,
a Debreceni Egyetem
Nanoelektronikai és
Nanotechnológiai
Részlegének munkatársa.
Fõbb kutatási területei:
nanoszálak, nanocsövek
növesztési eljárásainak
kidolgozása, valamint
az elkészült minták szerkezeti,
optikai és alkalmazási
lehetõségeinek vizsgálata
Dr. Mojzes Imre
egyetemi professzor
a Budapesti Mûszaki
Egyetemen és a Debreceni
Egyetemen. Kutatási területe
az elektronikai
nanotechnológia
Nanotárgyak növesztési módszerei
Szervetlen, egydimenziós nanotárgyak
(például rudak, szálak, szalagok, csövek)
növesztésének sok különbözõ komplex
módszer van. Ezek két nagy csoportra, fizikai
és kémiai módszerekre oszthatók.
A fõ különbség közöttük a szintézis stratégiájában
van, vagyis abban, milyen fázisból
történik a növesztés. A gázfázisból
történõ különbözõ növesztési módszerek
(a gáz-folyadék-szilárd típus (VLS) [6], a
folyadék-szilárd típus (VS) [7], az oxidáció
segített növesztés [8] és a szén magas
hõmérsékletû reakciói [9]) a fizikai módszerekhez
tartoznak. A kémiai módszerekben,
beleértve a különbözõ termikus
reakciókat, a növesztés folyadékfázisból
történik. E módszerek mindegyikét áttekintették
Rao és társai [10].
A fizikai módszerek között a legnépszerûbb
a termikus párologtatás [7], az
ívkisülés [11], a fémorganikus gõzfázisú
kristálynövesztés (MOVPE) [12], a kémiai
sugárnyaláb-epitaxia (CBE) [13],
a molekulasugaras epitaxia (MBE) [14],
a lézersegített katalizátoros növesztés
(LCG) [15], a hõkezelés [16], a kémiai
gõzleválasztás (CVD) [17] és a fémorganikus
kémiai gõzfázisú leválasztás
(MOCVD) [18].
A növesztési mechanizmusnak sok,
fent említett módszere megmagyarázható
arany-, vagy más fémkatalizátor szem-
www.elektro-net.hu 39