Siliziuminseln © Forschungszentrum Jülich

Das Wachstum von Siliziuminseln zeigt, dass sich Atome von ganz allein in bestimmten Formen anordnen können. Diese Selbstorganisation im Mikrokosmos ist technologisch interessant. Denn wenn die Leistungsfähigkeit elektronischer Bauteile - beispielsweise in Computern, Handys, Geldkarten oder Sensoren - weiter gesteigert werden soll, müssen immer kleinere Strukturen kontrolliert hergestellt werden.

Zwar können heute schon mit dem Rastertunnelmikroskop einzelne Atome auf einer Oberfläche umhergeschoben werden und wenige Millionstel Millimeter große Bauwerke errichtet werden, doch diese Methode ist viel zu langsam und teuer für den industriellen Einsatz. Vielversprechender ist es, die Selbstorganisation der Atome geschickt auszunutzen. Wenn Voigtländer immer weiter Siliziumatome auf die Kristalloberfläche prasseln lässt, dann wachsen die dreieckigen Inseln zusammen und bildern schließlich eine glatte Schicht, die ein Atom hoch ist.

Einlagige Schichten entstehen zunächst auch, wenn der Wissenschaftler Germanium auf einen Siliziumkristall aufdampft. Nach einer kritischen Schichtdicke von drei atomaren Lagen ändert sich das Wachstum jedoch abrupt: Die Germaniumatome beginnen, sich auf dem Siliziumkristall zu pyramisden-, hütten- oder kuppelförmigen Inseln aufzutürmen.

Die Ursache liegt in einem kleinen Unterschied im Kristallbau von Silizium und Germanium: Zwar sind die Atome in beiden Materialien auf die gleiche Weise angeordnet. "Doch der Abstand der Atome ist im Germanium vier Prozent größer als im Silizium", erläutert Voigtländer. Wenn Germanium auf Silizium aufwächst, führt das zu Verspannungen, die durch die Bildung der Inselgebirge verringert werden.