Hightech für Spitzenforschung

Das neue Forschungszentrum caesar ist ganz auf die Bedürfnisse der dort arbeitenden Wissenschaftler zugeschnitten – entsprechend caesars Anspruch, Spitzenforschung zu betreiben, sind die Labors exzellent ausgestattet. Einige Highlights:

Der Reinraum ist das „Nervenzentrum“ für den Forschungsbereich der Nanotechnologie. Hier werden neue Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften hergestellt, die z.B. als Sensoren zum Einsatz kommen. In der Welt der kleinsten Teilchen (ein Nanometer = ein Milliardstel Meter) kann allerdings jedes Staubkorn verheerende Auswirkungen haben. Die Luft wird daher so stark gefiltert, dass fast keine Fremdöörper mehr enthalten sind. Der caesar-Reinraum ist in verschiedene Zonen mit den Reinheitsklassen 10 bis 1.000 unterteilt. Klasse 10 bedeutet, dass maximal 10 Partikel größer oder gleich 0,005 Millimeter pro Kubikfuß Luft erlaubt sind. Zum Vergleich: In einem normalen Wohnzimmer befinden sich mehr als 200.000 Partikel dieser Größe.

Im Reinraum können alle Prozesse durchgeführt werden, die zur Entwicklung und Herstellung von mikro- und nanotechnologischen Sensoren und Systemen nötig sind. So gibt es z.B. die Strukturierung („Gelbraum“, Klasse 10) mit UV-Kontakt-Belichtungsgerät sowie Elektronenstrahlbelichtungsanlage, den Bereich Nassätzen, diverse Beschichtungsanlagen und einen Messtechnikbereich.

Für die Untersuchung der hergestellten Materialien steht die sehr gut ausgestattete Elektronenmikroskopie zur Verfügung. Zwei Rasterelektronenmikroskope mit integrierten Ionenstrahlquellen dienen zur Oberflächen- und Tiefenprofilanalyse sowie gezielten Präparation fester Proben in hauchdünne Plättchen. Diese Plättchen können anschließend im Transmissions-Elektro-nenmikroskop (TEM) durchstrahlt werden. Damit ist es möglich, sogar einzelne Atome sichtbar zu machen. caesar wird über zwei TEMs verfügen, von denen eines europaweit einzigartig sein wird. Es ist ein Raster-Transmissionselektronenmikroskop, das der Oberkochener Hersteller LEO in Zusammenarbeit mit der Heidelberger Firma CEOS nach den Vorstellungen der caesar-Wissenschaftler baut. Das besondere daran ist, dass es eine Feldemissionskatode, Monochromator und Cs-Korrektor in einem Gerät vereinigt. Dadurch wird ein Elektronenstrahl geformt, der einen Durchmesser von nur noch einem Zehntel Nanometer hat und damit so schmal ist wie ein einzelnes Wasserstoffatom.

Dieser Strahl kann über die Probe gerastert werden, ähnlich wie der Elektronenstrahl in einem Fernseher über den Bildschirm fährt. Dabei wird ein Bild der atomaren Struktur geliefert und zusätzlich in einem Kristall jede Säule von Atomen einzeln untersucht. So wird es den Forschern bei caesar bald möglich sein, in vielen Materialien zu bestimmen, welches Atom wo sitzt und welchen Typ von chemischer Bindung es zu seinen Nachbarn aufweist. Dieses Wissen wird es ermöglichen, Materialien und Prozesse zur Herstellung von Bauelementen zu verbessern und zu leistungsfähigeren Produkten beizutragen.

Das TEM reagiert so empfindlich auf Erschütterungen, Schall, Temperaturschwankungen und magnetische Störfelder, dass es in einem separaten, unterirdischen Bauteil untergebracht ist. Dieser verfügt über schwingungsarme Fundamente, eine spezielle Klimaanlage und die Möglichkeit, magnetische Störfelder durch elektromagnetische Spulen auszugleichen.

Ein weiterer eigenständiger Bauteil ist das Gewächshaus mit einer Länge von 36 Metern und einer Breite von 17 Metern. Als erstes Projekt werden dort in Kooperation mit der Universität Bonn Stressfaktoren beim Wachstum von Reispflanzen untersucht. In vier Kulturabteilen können unterschiedliche Wachstumsbedingungen eingestellt werden. Ein speziell für Gewächshäuser entwickeltes elektronisches Regelsystem ermöglicht die automatische Steuerung von Lüftung, Heizung, Kühlung, Luftbefeuchtung, Bewässerung, Beleuchtung und Schattierung. Die Außenbedingungen werden über eine Wetterstation kontrolliert, die mit Regenmelder, Fühler für Windstärke und Windrichtung sowie Helligkeitssensor ausgestattet ist. Jede Kulturabteilung verfügt über Klimageräte, die Beheizung oder Kühlung regeln und zusätzlich über Hochdruckdüsen Wasser vernebeln können.