Eine Enzyklopädie auf ein Sandkorn schreiben

Nur 10 Nanometer groß sind die Strukturen, die der Elektronenstrahlschreiber in eine dünne Kunststoffschicht auf Siliziumscheiben belichtet. Damit ließe sich der Text einer 25-bändigen Enzyklopädie leicht auf ein Sandkorn schreiben.

Mit dem neuen Elektronenstrahlschreiber sind die Wissenschaftler des Forschungszentrums Karlsruhe in der Lage, auf vielen Gebieten der Nanotechnologie und Mikrosystemtechnik neue Anwendungen zu erschließen: Röntgenlinsen großer Brennweite gehören ebenso dazu wie die Nanolithographie, um mit so genannten Metamaterialien perfekte Linsen herzustellen. Der neue Elektronenstrahlschreiber ist darüber hinaus ein wichtiger Baustein der künftigen „Karlsruhe Nano Micro Facility“ (KNMF). Die KNMF soll zu einer großforschungstypischen Technologieplattform für Herstellung und Charakterisierung von Nano- und Mikrostrukturen aufgebaut werden.

Damit eröffnet das Forschungszentrum nicht nur seinen akademischen Partnern, sondern insbesondere der Industrie einen schnellen Zugang zu der für künftige ingenieurtechnische Entwicklungen so viel versprechenden Nanotechnologie.

Der neue Elektronenstrahlschreiber ist 2,8 Tonnen schwer und füllt einen ganzen Reinraumtrakt im Institut für Mikrostrukturtechnik des Forschungszentrums Karlsruhe. 100 000 Volt Spannung beschleunigen die Elektronen, die in eine dünne Kunststoffschicht auf Siliziumscheiben kleinste Strukturen schreiben. Bis zu 0,8 Nanometer (Milliardstel Meter) genau kann der Elektronenstrahl gelenkt werden; die kleinsten Strukturen die geschrieben werden können, sind rund 10 Nanometer groß. Damit könnte der Text einer 25-bändigen Enzyklopädie leicht auf einem Sandkorn Platz finden.

Die Kosten des Elektronenstrahlschreibers (ein VB6 der Firma Vistec) liegen bei rund 4,5 Millionen Euro. „Wir haben es geschafft, das Projekt kostengünstiger als veranschlagt und auch noch zwei Monate früher als geplant abzuschließen“, freut sich Projektleiter Dr. Herbert Hein aus dem Institut für Mikrostrukturtechnik des Forschungszentrums Karlsruhe. Das Großgerät kann Siliziumscheiben (so genannte Wafer) bis zu einem Durchmesser von 6 Zoll (rund 15 cm) belichten. Zum Schutz vor magnetischen Streufeldern (die die Genauigkeit des Elektronenstrahls stören) wurde eine aktive magnetische Abschirmung installiert, die einen magnetfeldfreien Raum um den Strahl erzeugt. Mechanische Störungen, etwa durch Bodenvibrationen oder akustisch erzeugte Schwingungen, werden durch eine pneumatisch arbeitende Antivibrationsplattform abgefangen.

„Die hohe Präzision des neuen Elektronenstrahlschreibers ermöglicht uns viele technologische Entwicklungen“, zeigt sich Professor Dr. Volker Saile, Leiter des Instituts für Mikrostrukturtechnik im Forschungszentrum Karlsruhe überzeugt. „Wir können kleinste Strukturen auf großen Flächen erzeugen und so aus der Grundlagenforschung heraus neue, auch kommerziell interessante Anwendungen erschließen, wie beispielsweise so genannte Metamaterialien für perfekte optische Linsen oder neuartige Röntgenlinsen mit großer Brennweite.“

Der Elektronenstrahlschreiber ist das Herzstück des KNMF-Labors für Mikro- und Nanostrukturierung. Mit der „Karlsruhe Nano Micro Facility“ (KNMF) baut das Forschungszentrum Karlsruhe in den kommenden Monaten eine großforschungstypische Technologieplattform zur Herstellung und Charakterisierung von Nano- und Mikromaterialien und -komponenten auf, die zukünftig für externe Anwender offen ist.

„Mit ihrer Ausrichtung auf ein umfassendes Materialspektrum ergänzt die KNMF bewusst in Deutschland bestehende Kompetenzzentren der klassischen und meist Silizium-basierten Nanotechnologie und Mikroelektronik. Für unsere industriellen und akademischen Partner erschließen wir so ein immenses Potenzial in vielfältigen Anwendungsgebieten, das sich aus der nahezu freien Materialwahl ergibt“, erläutert Professor Dr. Eberhard Umbach, Vorsitzender des Vorstandes des Forschungszentrums Karlsruhe. Dabei macht er deutlich, dass die heutige Eröffnung des KNMF-Labors für Mikro- und Nanostrukturierung mit seinem neuen Elektronenstrahlschreiber nun den Endspurt bis zur formalen Gründung der KNMF in der ersten Jahreshälfte 2008 einläutet. So wird das Forschungszentrum Karlsruhe in den kommenden Monaten noch zwei weitere KNMF-Labore einrichten und diese für die Industrie und die Wissenschaft öffnen. Das Labor für Mikro- und Nanostrukturierung steht ab sofort für Anwender zur Verfügung.

Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.