Großgerät zur Bearbeitung von Nanomaterialien

Schneiden, hobeln, fräsen, schweißen… Die Klassiker der Material-bearbeitung gibt es auch in der Nanowelt. Doch wie realisiert man ein Werkzeug, mit dem Dinge hergestellt werden können, die tausend Mal kleiner sind als das kleinste Bauteil in einer Armbanduhr?

Ionen, also geladene Atome, schaffen dieses Kunststück. Beschleunigt und gebündelt durch elektrische und magnetische Felder können sie mit Nanometer-Präzision auf Oberflächen geschossen werden, wo sie wie ein Sandstrahl Material abtragen.

Ein solches Focussed-Ion-Beam-Gerät (FIB) konnte dank einer Verbundfinanzierung des Landes NRW, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der UDE für 1,35 Mio Euro beschafft werden und ist jetzt nach einer mehrmonatigen Installationsphase in den Reinräumen der Physik in Betrieb gegangen. Prof. Dr. Axel Lorke: „Damit ist uns ein weiterer wichtiger Schritt gelungen, um durch die Kombination unterschiedlicher Techniken Materialbearbeitung und Charakterisierung mit einer Auflösung bis zu einem millionstel Millimeter möglich zu machen, — also quasi eine Nanowerkbank aufzubauen.“

Hauchdünne Lamellen schneiden

Bereits seit einigen Jahren gibt es in den Reinräumen ein Rasterkraft mikroskop, das mit Nanometer-Genauigkeit Oberflächen abtasten kann, ein Rasterelektronenmikroskop, mit dessen Elektronenstrahl sich beliebige Strukturen auf Oberflächen ,schreiben' lassen, und ein Transmissions-Elektronenmikroskop, das mit atomarer Auflösung kleinste Kristallstrukturen durchleuchten kann. Das neue Ionenstrahl-Gerät ergänzt und komplementiert die vorhandenen Technologien. So kann es beispielsweise hauchdünne Lamellen aus Proben schneiden, deren Struktur dann im Transmissions-Elektronenmikroskop untersucht wird.

Eine Besonderheit des neuen Geräts ist, dass zusätzlich zum fokussierten Ionenstrahl auch ein Elektronenmikroskop integriert ist. Mit ihm kann man dem Ionenstrahl quasi bei der Arbeit zusehen und bereits während der Bearbeitung das Ergebnis kontrollieren. Darüber hinaus verfügt die neue Anlage über die Möglichkeit, spezielle Gase in den Probenraum einzulassen. Dadurch wird die Wirkung des Ionenstrahls umgekehrt, er trägt nun nicht mehr das Material von der Oberfläche ab sondern zersetzt das Gas an der Oberfläche, so dass sich dessen Bestandteile, beispielsweise Metalle oder Isolatoren, dort niederschlagen. Auf diese Weise können elektrische Kontakte hergestellt oder verschiedene Teile miteinander verschweißt werden.

Logo in ein Haar eingraviert

Betreut wird die FIB-Anlage von Dr. Martin Geller und Mathias Bartsch.
Sie steht jedoch allen Mitgliedern des Nanozentrums Duisburg-Essen
(CeNIDE) offen und ist auch für externe Kooperationspartner zugänglich.
„Die neue Nanowerkbank fügt sich somit ideal in das Konzept der Universität ein, das bestehende Knowhow zu einem Zentrum für Nanoanalytik zusammenzufassen“, freut sich Prof. Michael Farle, Prorektor für Forschung, wissenschaftlichen Nachwuchs und Wissenstransfer der Universität Duisburg-Essen.
Als erste Demonstration der Leistungsfähigkeit und Nutzerfreundlichkeit haben Geller und Bartsch das CeNIDE-Logo in ein Haar eingraviert. Das klingt zwar beeindruckend, schöpft aber die Fähigkeiten der FIB längst nicht aus. „Wir hätten die Struktur im Prinzip auch hundertmal kleiner machen können. Aber dann hätte man auf dem im Vergleich dazu 'riesigen'

Haar nichts mehr erkennen können“, erläutert Geller.

Die Einsatzmöglichkeiten der Nanowerkbank sind vielfältig. Erste Arbeiten befassen sich mit Strom-induzierten Defekten, ein wichtiges Thema in Computer-Chips, in denen diese Defekte zum Totalausfall der Transistoren führen können. Auch die Eigenschaften von völlig neuartigen Halbleitern auf der Basis von Nanopartikeln können nun mit besserer Auflösung untersucht werden. Darüber hinaus sollen maßgeschneiderte Schaltkreise für die Untersuchung von magnetischen Nanostrukturen hergestellt werden, mit denen innovative Konzepte für die Informationsverarbeitung und –speicherung getestet werden können.

Hinweis für die Bildredaktion: das Foto mit dem in ein Haar eingravierten CeNIDE-Logo können Sie unter http://www.uni-due.de/de/presse/pi_fotos.php herunterladen.

Weitere Informationen: Dr. Martin Paul Geller, T. 0203/379-3309, martin.geller@uni-due.de

Redaktion: Beate H. Kostka, Tel. 0203/379-2430, beate.kostka@uni-due.de