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Neue Theorie für Halbleiter aus Nanokristallen
Ein Modell für alles
Das Modell erklärt, wie sich die elektronischen Eigenschaften des Nanokristall-Halbleiters ändern, wenn man die Grösse der Nanokristalle und ihre Packungsdichte im Film variiert. Um die Vorhersagen ihrer Simulationen zu prüfen, stellte das Forscherteam dünne Filme aus Nanokristallen im Labor her und mass deren elektrische Reaktion auf verschiedene elektrische Spannungen und Temperaturen. Dazu erzeugten sie mit einem kurzen Laserpuls an einem Ende des Materials freie Elektronen und beobachteten, wann diese am anderen Ende ankamen. Das Ergebnis: In jedem der mehreren hundert verschiedenen Tests sagte die Computersimulation die elektrischen Eigenschaften perfekt voraus.
“Nach acht Jahren intensiver Arbeit haben wir ein Modell geschaffen, das nicht nur unsere Experimente, sondern auch die von vielen anderen Forschungsgruppen endlich quantitativ erklärt.„
Vanessa Wood, ETH Zürich
«Nach acht Jahren intensiver Arbeit haben wir damit ein Modell geschaffen, das nicht nur unsere Experimente, sondern auch die von vielen anderen Forschungsgruppen über die vergangenen Jahre endlich quantitativ erklärt», sagt Wood. «Ein solches Modell wird es Forschern und Ingenieuren in Zukunft ermöglichen, die Eigenschaften eines Nanokristall-Halbleiters zu berechnen, noch bevor er hergestellt wird.» Dadurch sollte es etwa möglich sein, solche Materialien für bestimmte Anwendungen zu optimieren. «Bis jetzt musste man das durch Versuch und Irrtum tun», fügt Wood hinzu.
Mit Hilfe der Ergebnisse der ETH-Forschenden könnten in Zukunft aus Nanokristall-Materialien nützliche Halbleiter für verschiedenste Anwendungen in Sensoren, Lasern oder LEDs entwickelt werden – zum Beispiel auch für Fernsehapparate. Dadurch, dass die Zusammensetzung, Grösse und Anordnung der Nanokristalle während ihrer Herstellung kontrolliert werden können, versprechen solche Materialien eine viel grössere Bandbreite an elektrischen Eigenschaften als traditionelle Halbleiter.
Autor(in) Oliver Morsch, ETH News