Bauelemente von morgen: 80.000 mal kleiner als ein Haar

An der Chiptechnik der Zukunft arbeiten Wissenschaftler der Universitäten Bochum, Duisburg-Essen und Kassel bereits heute: Ziel des gemeinsamen Projekts ist, Oberflächen mit einzelnen Nanopartikeln (Clustern) zu beschreiben und somit Quantenbauelemente in einer Größenordnung von 10 Nanometern (nm) und darunter herstellen zu können – heutiger Industriestandard bei Computerchips ist 90 nm. Dafür entwickeln die Wissenschaftler unter der Federführung von Dr. Jan Meijer (RUB) eine neue Apparatur, die diese atomaren Strukturen gezielt schreiben kann. Die VolkswagenStiftung fördert das „Cluster Jet“- Projekt, das am 1. Mai 2005 startet, drei Jahre lang mit insgesamt 760.000 Euro.

Der Industrie fünf bis zehn Jahre voraus

„Mit unserer Idee sind wir der Industrie etwa fünf bis zehn Jahre voraus“, sagt Dr. Meijer. Die neue Apparatur, der „Cluster Jet“, ermöglicht es, im Bereich elektronischer Halbleiter Strukturen auf eine Oberfläche zu schreiben, die sich nicht wie übliche Festkörper verhalten, „sondern zum Teil vollkommen neue Eigenschaften besitzen“, so Meijer. Zum Vergleich: Ein durchschnittliches menschliches Haar hat einen Durchmesser von 80 Mikrometern, die Forscher arbeiten in ihrem Projekt mit Strukturen, die wiederum 80.000 mal kleiner sind. „Diese Technologie hat das Potenzial, den Weg zu einer industriellen molekularen Fließbandmontage komplexer Nanosysteme zu ebnen“, sagt Dr. Bernd Burchard, Mitinitiator dieses Projektes.

Nanocluster auf die Oberfläche „spritzen“

Der Clou des neuen Verfahrens: Selbst in dieser mikroskopisch kleinen Dimension wird es möglich sein, einen Nanocluster exakt auf einer Oberfläche (einem Substrat) zu platzieren: „Mit der Apparatur, die wir bauen werden, können wir wie mit einem Tintenstrahldrucker einzelne Cluster genau dahin spritzen, wo wir sie haben wollen“, so Dr. Meijer. Die Idee der Forschergruppe basiert auf der Verwendung eines Rasterkraft-Mikroskops, dessen Spitze mit einer Blende versehen ist, durch die Cluster gezielt auf die Oberfläche geschossen werden können. Bei der exakten Positionierung dieses Blende auf dem Substrat hilft ein intelligenter Biegebalken: Er hat integrierte Sensoren und Aktuatoren und kann damit die Position der Platzierung des Nanoclusters bestimmen. Diese Technologie wurde in Kassel entwickelt.

Quantencomputer verschlüsseln Daten

Die Nanostrukturen, die man damit schreiben kann, haben ausgezeichnete elektronische Eigenschaften. Zukünftige Anwendungen liegen vor allem im Bereich neuartiger optischer Bauelemente und neuer, schnellerer Transistoren. Die Methode und die daraus resultierenden Bauteile sind zugleich ein bedeutender Schritt in Richtung Quantencomputer und Quanteninformationstechnologie: „Damit steht unter Umständen in Zukunft eine neue Dimension von Rechenleistung zur Lösung bestimmter Probleme zur Verfügung, zum Beispiel im Bereich von Datenbanken. Außerdem wird die Quanten-Kryptographie eine absolut sichere Übertragung von Daten ermöglichen“, so Dr. Dirk Reuter.

Projektpartner

Die Projektpartner sind Dr. Jan Meijer, rubion (Zentrales Labor für Ionenstrahlen und radioaktive Nuklide der RUB), Dr. Dirk Reuter, Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik (Fakultät für Physik und Astronomie der RUB), Dr. Hartmut Wiggers, Institut für Verbrennung und Gasdynamik (Universität Duisburg-Essen) und Dr. Ivo Rangelow, Institut für Mikrostruktur Technologie und Analytik, AG Nanostrukturierung (Universität Kassel). Das Projekt „Cluster-jet addressing of nano-particles to provide functional structures“ ist eines von acht Projekten bundesweit, die die VW-Stiftung in ihrer Initiative „Komplexe Materialien: Verbundprojekte der Natur-, Ingenieur- und Biowissenschaften“ fördert.