Mit intelligenter Nano-Lochmaske auf dem Weg zum Quantencomputer

Eine intelligente Nano-Lochmaske, die einzelne Teilchen oder Cluster nanometergenau auf eine Materialoberfläche lenken und so die physikalischen Eigenschaften des Materials verändern kann, wurde an der Universität Kassel entwickelt. Entstanden ist das Werkzeug in der Arbeitsgruppe von Dr. Ivo Rangelow am Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik (IMA) der Universität Kassel. Wissenschaftlicher Leiter des IMA ist Prof. Dr. Rainer Kassing. Bei der Entwicklung der Lochmaske haben die Kasseler Forscher eng mit Wissenschaftlern der University of Berkeley (USA), der Universität Bochum und des Forschungszentrums Rossendorf zusammengearbeitet.

Schon lange ist es der Wunsch vieler Naturwissenschaftler, Materialien auf atomarer Ebene gezielt bearbeiten zu können; die Nano-Lochmaske erlaubt derartige Veränderungen. Die Technologie ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Verwirklichung nanoelektronischer Bauelemente wie Transistoren, deren Schaltungen nur mit einem oder wenigen Elektronen funktionieren, Nano-Speichern oder des Quantencomputers.

Ausgangsmaterial der Lochmaske ist die winzige Spitze eines Rasterkraftmikroskops, die die Form einer auf den Kopf gestellten Hohlpyramide hat. Die Schwierigkeit bei der Herstellung einer solchen Lochmaske besteht darin, in der Spitze aus Siliziumnitrid, eine Öffnung von nur wenigen Nanometern Größe zu erzeugen (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter). Mit einem fokussierten Ionenstrahl, einem gebündelten Strahl geladener und beschleunigter Atome, ist es jedoch nur möglich, Löcher von etwa 100 Nanometern Durchmesser zu „bohren“. Der Kniff der Nano-Wissenschaftler: Nachdem sie die Pyramidenspitze mit dem Ionenstrahl beschossen hatten, schieden sie am Rand der winzigen und dennoch viel zu großen Öffnung eine dünne Platinschicht ab, so dass sich der Durchmesser des Lochs auf nur fünf Nanometer verkleinerte. Die so präparierte Spitze des Rasterkraftmikroskops kann nun mit Hilfe eines Sensors Oberflächen „abtasten“ und als Lochmaske Ionen, Atome oder ganze „Teilchenklumpen“ beliebiger chemischer Elemente nanometergenau an bestimmte Positionen an der Oberfläche lenken bzw. bis einige hundert Nanometer darunter eingraben.

Die Wissenschaftler der Universitäten Kassel, Bochum und Berkeley haben sich die Nano-Lochmaske inzwischen patentieren lassen. „Die neue Technologie wird nicht nur der Forschung neue Türen öffnen, sondern auch der deutschen Halbleiter-Industrie neue Vorteile auf dem Markt sichern“, sagt Dr. Ivo Rangelow von der Kasseler Hochschule. Führende Hersteller hätten bereits Interesse an der kommerziellen Verwertung der Erfindung bekundet.

Die Nano-Lochmaske ist nur eines von zahlreichen Nanowerkzeugen, die in der von Dr. Ivo Rangelow geleiteten Arbeitsgruppe am Institut für Mikrostrukturtechnik und Analytik der Universität Kassel entwickelt wurden. Daneben entstanden eine Düse, die Unreinheiten oder Fehler auf Mikrochips beseitigt, eine Zange, die winzige Mikroteile, etwa in Größenordnung eines roten Blutkörperchens, fassen kann oder eine elektronische Nase, mit deren Hilfe Gase in schon geringsten Konzentrationen nachgewiesen werden können. sk

Info:
Universität Kassel
Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik
Dr. Ivo Rangelow
tel (0561) 804 4507
fax (0561) 804 4136
e-mail rangelow@uni-kassel.de