A new way to grow nanowires: aerotaxy

Halvledare är nyckelmaterial för mycket av dagens moderna IT- och energi-tillämpningar. För många högpresterande komponenter, speciellt sådana som används inom opto-elektronik, kan man inte använda kisel utan istället olika sammansatta halvledare som GaAs, InP, GaN mm, kallade III-V halvledare. Ett problem med deras användning i stor skala är att de är mycket dyra att tillverka, speciellt på grund av de framställningsmetoder som används och de dyra enkristallina substrat ("wafers") på vilka sådana komponenter tillverkas. Under de senaste 10 åren har vi legat i den internationella forskningsfronten för att tillverka sådana III-V halvledare i form av ultra-tunna nanotrådar ("nanowires") vilka är synnerligen lovande för tillverkning av olika komponenter på nano-skalan. Även den etablerade tekniken för att odla nanotrådar kräver dyra substrat. I den forskning som skall bedrivas här utvecklar vi en radikalt annorlunda teknik för tillverkning av III-V halvledare, genom att utveckla en växtmetod som över huvud taget inte behöver dyra substrat. I stället låter vi nanotrådarna växa "fritt" medan de flyger genom en s.k. aerosol-fas, dvs nanopartiklar och nanotrådar utvecklas i gasfas där de ges tillfälle att reagera med olika reaktiva gaser. Vi har kunnat demonstrera tillväxt av kristallint helt perfekta nanotrådar, med en mycket hög grad av homogenitet. Dessutom har vi funnit att tillväxthastigheten kan vara upp till 100-1000 gånger snabbare än vid traditionell tillväxt. Vi kallar denna nya tillväxtmetod för Aerotaxi ("Aerotaxy"). För oss forskare är kanske det mest intressanta att försöka förstå den grundläggande materialvetenskapen och vilka mekanismer styr att varje nanotråd klarar av att finna en och samma kristallriktning; vad bestämmer vilken kristallstruktur de får och vad är mekanismerna bakom den extremt höga tillväxthastigheten. Förutom de vetenskapliga utmaningarna är det naturligtvis svårt att inte snegla mot alla de möjliga tillämpningar som kan bli möjliga när vi fullt ut behärskar den nya tillverkningen, t.ex. för billiga och högpresterande solceller som kan deponeras över stora ytor, eller motsvarande för ljusemitterande paneler.