Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten

Herstellung von Nano-Strukturen

Um Y-Schalter auf der Basis von 2DEGs zu realisieren, muss jedoch die Bewegung der Elektronen in der Ebene weiter eingeschränkt werden. Hierzu werden Nanostrukturtechniken eingesetzt. Entzieht man der Elektronenbewegung einen weiteren Freiheitsgrad, so erhält man eine eindimensionale Struktur. Um solche Quantendrähte zu realisieren, wurden Gräben in MOD-Heterostrukturen geätzt. Dazu sind Masken notwendig, die zu schützende Stellen bedecken, an denen z. B. keine Ätze das Material angreifen soll.

Hierfür wird zunächst ein dünner Lack auf die Probenoberfläche geschleudert und anschließend mit einem dünnen Elektronenstrahl eine Belichtung in Form der Maske oder ihres Negativs durchgeführt. Der Elektronenstrahl wird dabei durch elektrische Felder gesteuert und verändert die Struktur des Lacks nach maßgeschneiderter Vorgabe. So belichtet, lässt sich dann der Lack nach Entwicklung wegschwemmen.

Nun können über einen Ätzschritt die oberen ungeschützten Bereiche der MOD-Heterostruktur entfernt werden. Das 2DEG wird dabei lokal zerstört. Wie in Abbildung 2 gezeigt, erlaubt es diese Methode, eindimensionale Leiter im Bereich weniger 10 nm zu realisieren.

Die Quantenmechanik besagt, dass das Schalten der Richtung von Elektronen möglich ist, sobald Kanäle eine Ausdehnung haben, die der Fermiwellenlänge Lambda-F entspricht. Diese Wellenlänge ist sehr klein, der Begriff stammt aus der Atomphysik und zeigt, dass man den Bereich der klassischen Physik verlassen hat.