Uusi nanolankarakenne imee tehokkaasti valoa

Tutkijat Aalto-yliopistossa ovat kehittäneet uuden valmistusmenetelmän erityyppisten nanolankahilojen valmistamiseksi samalle alustakiekolle. Uusi tekniikka mahdollistaa eri puolijohdemateriaalien käytön kullekin nanolankatyypille.

– Olemme onnistuneet yhdistämään VLS (vapor-liquid-solid) ja SAE (selective-area epitaxy) -tekniikoilla valmistetut nanolangat samalle alustalle. Ero aiemmin samasta aiheesta tehtyihin tutkimuksiin on se, että eri materiaalit eivät kasva samassa nanolangassa vaan omina lankoinaan samalla alustalla, dosentti Teppo Huhtio kertoo.

Tutkimustulokset julkaistiin Nano Letters -lehdessä 5.2.2015.

Useita käyttökohteita

Uusi valmistusmenetelmä on monivaiheinen. Aluksi alustakiekolle levitetään kultananopartikkeleita, ja se pinnoitetaan piioksidilla, johon kuvioidaan pieniä reikiä elektronisuihkulitografian avulla. Ensimmäisessä kasvatusvaiheessa (SAE) nanolankoja kasvaa reikien kohdalle, minkä jälkeen piioksidi poistetaan ja toisessa vaiheessa erityyppiset nanolangat kasvatetaan kultananopartikkeleiden avulla (VLS). Tutkijat käyttivät kasvatukseen kaasufaasiepitaksialaitteistoa, jossa lähtöaineet hajoavat korkeassa lämpötilassa ja muodostavat alustalle puolijohdeyhdisteitä.

– Näin saimme yhdistettyä kaksi kasvatusmenetelmää samaan prosessiin, tohtorikoulutettava Joona-Pekko Kakko kiteyttää.

– Havaitsimme optisissa heijastusmittauksissa, että valo taittuu ja kytkeytyy paremmin tällaiseen yhdistelmärakenteeseen. Esimerkiksi aurinkokennossa on pienempi heijastuma ja parempi valon imeytyminen, Huhtio lisää.

Aurinkokennojen ja ledien lisäksi tutkijat näkevät hyväksi käyttökohteeksi myös termosähköiset generaattorit. Jatkoprosessointi komponenttisovelluksia varten on jo aloitettu.

Nanolankoja tutkitaan ahkerasti, koska nykyään käytettävistä puolijohdekomponenteista on tarve tehdä entistä pienempiä ja kustannustehokkaampia. Puolijohdemateriaaleista valmistettavien nanolankojen pituudet ovat tyypillisesti luokkaa 1–10 mikrometriä ja halkaisijat 5–100 nanometriä.

Tutkimus on tehty Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa. Tutkimusta on rahoittanut Aalto-yliopiston AEF-ohjelma (Aalto Energy Efficiency Research Programme).

Linkki artikkeliin

Lisätietoja:

Dosentti Teppo Huhtio
[email protected]  
050 3619 692

Tohtorikoulutettava Joona-Pekko Kakko
[email protected]
050 3282 186

Aalto-yliopiston tutkijoiden valmistamia nanolankoja on tutkittu myös Tampereen teknillisessä yliopistossa. Tutkimuksessa on kehitetty optista mittaustekniikkaa, jonka avulla on saatu nanolankojen ominaisuuksista enemmän tietoa. Saaduilla tuloksilla on laajempaa merkitystä epälineaaristen optisten ilmiöiden tutkimukselle nanorakenteissa. Tulokset on julkaistu Nano Letters -lehdessä 4.2.2015.

Linkki artikkeliin