Direktabbildung von Nanostrukturen durch lokale Energieanregung

Das im Prinzip seit den 50er Jahren des vergangenen Jahrhunderts bekannte Phänomen der Deposition, das erstmals mit der Erfindung des Elektronenmikroskops entdeckt und zu jener Zeit noch als störende Begleiterscheinung („Kontamination“) bei der Bildgebung empfunden wurde, lässt sich – mit der rasanten Entwicklung der Computerchiptechnologie – in jüngster Zeit auch gezielt für die Herstellung und Bearbeitung von nanoskaligen Oberflächen kommerziell nutzen. Diese Technik, die, im Gegensatz zur mehrschichtig aufgebauten konventionellen Halbleitertechnologie, ein Direktverfahren darstellt, ist in der Lage Mikrostrukturen in einem einzigen Bearbeitungsschritt herzustellen. Aufwendige, fehleranfällige und kostenintensive Präparationen vor dem Strukturierungsprozess entfallen hierbei auf vorteilhafter Weise.

Der Strukturierungsprozess ist in der nachfolgenden Abbildung schematisch illustriert:

Fig. 1: Anreicherung: In einer hermetisch abgeschlossenen Umgebung, wie beispielsweise dem Probenraum eines Elektronenmikroskopes, wird die Basissubstanz (Precursor), aus der die gewünschte Mikrostruktur gefertigt werden soll, zunächst auf eine Unterlage (dem Substrat) gebracht. Dort steht sie in gasförmiger Form, als Adsorbat und „Bausubstanz“, für den nachfolgenden Strukturaufbau zur Verfügung.

Fig. 2: Deposition: Das zunächst noch lose am Substrat gebundene Adsorbat-Gas wird mit einem gebündelten Strahl aus Elektronen oder Ionen bearbeitet, indem es gezielt bestrahlt wird. Am Einstrahlort, der typischerweise einen Durchmesser von nur einigen wenigen Nanometern besitzt, entsteht eine Materialablagerung, die sich im Wesentlichen nur noch aus der nunmehr fest gewordenen Phase des Adsorbats zusammensetzt. Mit zunehmender Dauer der Bestrahlung wächst die unter 2) dargestellte, spitz zulaufende Säule (das Deponat) auf. Ihr Durchmesser entspricht in etwa der Größe des Strahlbereiches (5 Nanometer bis einige hundert Nanometer). Aspektverhältnisse (Breite- Höhen-Verhältnisse) von 1:100 und mehr lassen sich bei entsprechend eingestellter Dauer der Bestrahlung ohne Weiteres erzielen.

Fig. 3: 3D-Strukturierung: Eine kontrollierte seitlich gerichtete Bewegung des Strahles führt dazu, dass die fest gewordene Phase (die nun auch die gewünschte Mikrostruktur darstellt) der Bewegung des Strahles unmittelbar folgt. Aus der geraden Säule von 2) entsteht der unter 3) gezeigte dreidimensionale Mikro-Bogen, der zu weiteren beliebigen Mustern weitergenährt werden kann.

Die NanoScale Systems GmbH konzentriert ihre spezielle Expertise in der direkten Oberflächenbearbeitung auf die Entwicklung siliziumfreier Nanoverbundmaterialien (Nanokomposite), die aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften neue Einsatzmöglichkeiten in der integrierten Elektronik, Optik und Optoelektronik sowie in vielfältigen Bereichen der Sensorik eröffnen.

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