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Montag, 1. Mai 2017
 
 
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Kleinste Strukturen auf Oberflächen erzeugen
ImageNanotechnologie gilt als die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Sie liefert die Grundlagen, um Produkte von nur wenigen Nanometern Grösse in jeder gewünschten Form herzustellen: für Mikroprozessoren und elektronische Schaltungen in Computern, in der Telekommunikation, Medizin und Biotechnologie, um nur einige Anwendungsfelder zu nennen. Um neue Herstellungsverfahren zu entwickeln, fördert die EU seit kurzem das Marie-Curie-Trainings-Netzwerk «ELENA» (low energy electron-driven chemistry for the advantage of emerging nanofabrication methods). Darin arbeitet die Empa mit 13 Universitäten, drei weiteren Forschungsinstituten und fünf Unternehmen aus 13 Ländern zusammen.

Ziel des Grossprojekts ist es, europäische Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler im Bereich Nanotechnologie auszubilden. Von ihnen sollen innovative Impulse für Forschung und wirtschaftliche Nutzung ausgehen, die Europa im internationalen Wettbewerb stärken. An dem Netzwerk, das von Oddur Ingólfsson von der Isländischen Universität in Reykjavik geleitet wird, ist auch die Empa mit Ivo Utke aus der Abteilung Mechanik für Materialien und Nanostrukturen in Thun beteiligt.

Die Empa arbeitete bereits im Vorläuferprojekt, dem COST-Action-Netzwerk «CELINA» (Chemistry for electron-induced nanofabrication), mit einigen der nun erneut beteiligten Universitäten eng zusammen. Ziel war es, mit einem eigens entwickelten Gasinjektionssystem in einem Rasterelektronenmikroskop zu erforschen, wie sich wenig-flüchtige Ausgangssubstanzen für das direkte Schreiben mit fokussierten Elektronenstrahlen eignen.

Die EU stellt in den kommenden vier Jahren rund vier Millionen Euro Fördermittel für ELENA zur Verfügung. Im Mittelpunkt des Netzwerks stehen zwei hochmoderne Verfahren der Nanotechnologie: die elektronenstrahlinduzierte Abscheidung (Focused Electron Beam Induced Deposition, FEBID) und die Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUVL).

Extrem fein dreidimensional schreiben

Das FEBID-Verfahren arbeitet mit extrem fein fokussierten Elektronenstrahlen. Sie schreiben dreidimensional beliebig geformte Strukturen auf eine Oberfläche, zum Beispiel auf Siliziumscheiben, aus denen Computerchips gefertigt werden. Die Strukturen entstehen durch eine Art von «Additive Manufacturing». Auf einer Oberfläche werden ständig nachgeführte, adsorbierende Moleküle von einem Elektronenstrahl zersetzt, dabei werden Bestandteile auf der Unterlage lokal abgeschieden. Für dieses Verfahren sind Moleküle mit Bestandteilen nötig, die bei der Bestrahlung freigegeben werden und die gewünschte Materialzusammensetzung erzeugen.

Funktionale Materialien aufprägen

In ELENA entwickeln und testen Materialwissenschaftler, Chemiker und Physiker gemeinsam Moleküle, die sich für FEBID eignen. Dieses Verfahren wird seit ungefähr zehn Jahren an der Empa erforscht und wurde bereits zum Schreiben von magnetischen Sensoren mit höchster lateraler magnetischer Auflösung erfolgreich angewendet. Die Empa-Forscher haben dafür das Molekül Co2(CO)8 verwendet, mit dem sie granulares Kobaltmaterial mit speziellen magnetischen Eigenschaften in einer kohlenstoffhaltigen Matrix auf eine Siliziumoxidschicht zwischen mehrere Goldelektroden geschrieben haben. Eine andere Anwendung wurde im Bereich der Nanophotonik realisiert: Eine Ausgangssubstanz aus Gold Me2Au(tfa) wurde zum minimal invasiven Schreiben eines optischen Gitters auf einem vertikal emittierenden Oberflächenlaser verwendet wurde.

Das EUVL-Verfahren prägt ebenfalls extrem feine, jedoch zweidimensionale Strukturen auf Oberflächen auf. Auch dafür sind speziell auf das Verfahren angepasste Materialien erforderlich, in diesem Fall dünne Schichten, die «Photolacke». Indem sie mit EUV-Licht bestrahlt werden, lassen sie sich effizient und präzise zu den gewünschten Strukturen umwandeln.

Neue Moleküle für das additive Schreiben von reinen Metallen durch FEBID und neue Photolacke für EUVL stehen im Zentrum der Forschung, die insgesamt 15 herausragende internationale Promovierende in dem Projekt ELENA betreiben werden. Ivo Utkes Gruppe mit 2 PostDocs und 3 Doktoranden testet, wie sich abgeschiedenen Bestandteile der adsorbierten Moleküle in Abhängigkeit der Intensitäten von Elektronenstrahlen und Molekülflüssen in einem Rasterelektronenmikroskop kontrollieren lassen.


Den Artikel finden Sie unter:

https://www.empa.ch/web/s604/nanostructures

Quelle: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) (01/2017)
 
 
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