Rasterelektronenmikroskopie

Nanostrukturen aus reinem Gold

Der Stein der Weisen für die Nanotechnologie: Durch einen technischen Trick der TU Wien kann man nun Nanostrukturen aus fast reinem Gold herstellen.

Nanostruktur aus Gold. (Copyright: MM Shawrav, TU Wien)

Es erinnert ein bisschen an den alten Traum der Alchemie, wertlose Substanzen in Gold zu verwandeln: Ein neues Verfahren der TU Wien ermöglicht es, mit einem fokussierten Elektronenstrahl aus einer goldhaltigen organischen Verbindung beinahe reines Gold herzustellen. Damit kann man nun ganz gezielt und mit hoher Präzision goldene Nanostrukturen produzieren, wie man sie für viele Anwendungen in der Elektronik und der Sensorik benötigt. Ähnlich wie mit einem 3D-Drucker kann man mit dem neuen Verfahren fast beliebige Formen realisieren. 

Lange Suche nach einer Herstellungsmethode 

„Gold sieht nicht nur sehr schön aus, es spielt auch für die Nanotechnologie eine ganz besondere Rolle“, sagt der Elektrotechniker Prof. Heinz Wanzenböck vom Institut für Festkörperelektronik der TU Wien. Gold-Nanostrukturen mit ganz bestimmter Form benötigt man etwa für Biosensoren oder auch als elektrische Kontakte. „Jahrelang hat die Nanotechnologie-Community nach einer Möglichkeit gesucht, beliebig geformte Nanostrukturen aus reinem Gold zu produzieren, doch lange blieb dieses Problem ungelöst – ein ärgerlicher Flaschenhals in der Nanotechnologie“, sagt Wanzenböck.

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An der TU Wien wurde nun allerdings eine neue Technik entwickelt, mit der genau dieses Problem behoben wird: Man geht von einer organischen Metallverbindung aus, einem sogenannten Precursor-Material. Durch Beschuss mit einem fokussierten Elektronenstrahl mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops kann dieses Material ganz präzise Punkt für Punkt zerlegt werden, so dass am Ende an bestimmten Stellen nur noch das Gold übrigbleibt.

„Schon bisher war bekannt, dass man auf diese Weise sehr komplexe dreidimensionale Strukturen herstellen kann“, sagt Mostafa Shawrav (ebenfalls TU Wien). „Allerdings ließ die Reinheit dieser Strukturen immer sehr zu wünschen übrig: Typischerweise hatte man es mit 70 % Kohlenstoff und nur 30 % Gold zu tun. Wir fügen nun allerdings während der Gold-Deposition gezielt ein Oxidationsmittel hinzu, dadurch können wir praktisch reines Gold herstellen.“

Viel bessere Leitfähigkeit 

Wie bedeutend dieser Unterschied ist, zeigt sich, wenn man die elektrische Leitfähigkeit dieser Strukturen misst: Gold leitet elektrischen Strom extrem gut, genau deshalb ist es in der Nanotechnologie so gefragt. Die Leitfähigkeit der extrem unreinen Goldstrukturen, die man bisher erzeugen konnte, war etwa eine Million Mal schlechter als die von reinem Gold. Mit der neuen Technik erreicht man eine Leitfähigkeit, die bis auf einen Faktor vier der Leitfähigkeit von reinem Gold entspricht.

„Diese extrem leitfähigen und reinen Goldstrukturen werden eine neue Tür für die Welt der Nanoelektronik öffnen“, sagt Philipp Taus (TU Wien). „Es wird nun viel einfacher sein, Nanoantennen aus Gold herzustellen oder Strukturen zu fabrizieren, mit denen man einzelne Biomoleküle auf einer Oberfläche festhalten kann.“

„Es ist bemerkenswert, wie man mit einem gewöhnlichen Rasterelektronenmikroskop heute Nanostrukturen herstellen kann, während es vor 20 Jahren nur für hochauflösende Abbildungen genutzt wurde“, sagt Mostafa Shawrav. „Die neue Technik ist ein wichtiger Sprung nach vorne und wird ein Herzstück zukünftiger Verfahren zur Herstellung von nanoplasmonischen und bioelektronischen Bauteilen sein.“

Originalpublikation 
Shawrav et al., Scientific Reports 6, Article number: 34003 (2016) DOI:10.1038/srep34003. 

Rückfragehinweis 
Prof. Heinz Wanzenböck
Institut für Festkörperelektronik
Technische Universität Wien
E-Mail: heinz.wanzenboeck@tuwien.ac.at

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