Ausgezeichnete Nanoröhren

Ein fünfköpfiges Forscherteam erhält heute in Berlin den von IBM gestifteten Hahn-Meitner-Technologie-Transfer-Preis 2000 für die Entwicklung neuartiger Nanostrukturen für Feldemissionsdisplays (FEDs). Die mit 10.000 Mark dotierte Auszeichnung wird alle zwei Jahre durch ein unabhängiges Gremium unter den 800 Mitarbeitern des Hahn-Meitner-Instituts für innovative und vermarktungsfähige Forschungsarbeiten verliehen. Die diesjährigen Preisträger Prof. Dr. Alois Weidinger, Dr. Johann Krauser, Dr. Wolfgang Harneit, Markus Waiblinger und Bernd Mertesacker haben so genannte Nanoröhrchen entwickelt, die in Emissionskathoden von FEDs zum Einsatz kommen könnten.

Jedes einzelne Farbpixel eines Feldemissionsdisplays wird von einem separaten Elektronenstrahl angeregt. In herkömmlichen FEDs werden die Elektronenstrahlen dazu aus kleinen Spitzenkathode emittiert; anschließend gelangen sie zur gegenüberliegenden Anode, wo sie die dort aufgebrachte Leuchtphosphorschicht anregen, die wiederum Licht aussendet – das Pixel leuchtet. Weil Elektronen in einem starken elektrischen Feld bevorzugt aus mikroskopisch kleinen Spitzen und Kanten emittieren, forscht man weltweit an der Mikrostrukturierung von Emissionskathoden. Mit den Nanoröhrchen der Preisträger ließe sich eine solche Mikrostruktur realisieren.

Zur Herstellung der Röhren haben die Forscher auf einem Siliziumsubstrat einen dünnen Diamantfilm aufgebracht und diesen mit hoher Energie mit schweren Ionen beschossen. Auf ihrem Weg durch den Film schmelzen die Ionen das Kohlenstoffmaterial an, anschließend erstarrt die Ionenspur in graphitischer Struktur (siehe Bild). Da Kohlenstoff je nach seiner atomaren Struktur sowohl elektrischer Isolator (Diamant) als auch elektrischer Leiter (Graphit) sein kann, entstehen auf diese Weise im isolierenden Diamantfilm nanometerfeine leitende Kanäle. Legt man an das Silizium-Diamant-Sandwich eine hohe elektrische Spannung, werden aus den Enden der Nanoröhren Elektronen herausgerissen – der für FEDs notwendige Elektronenstrahl entsteht. Die Vorteile einer durch Nanoröhrchen strukturierten Emissionskathode: Sie besitzt eine homogene Oberfläche, eine hohe Lebensdauer und lässt sich kostengünstiger herstellen als herkömmliche Techniken. Die Hahn-Meitner-Preisträger haben bereits ein Patent für ihre Entwicklung beantragt. Fertige Produkte mit Nanoröhrchen gibt es allerdings noch nicht; hierfür suchen die Forscher noch Industriepartner. (uk)