neues Forschungslabor für 2D-Materialien

Erstellt von Lara Kris­tin Zei­tel | |   Aktuelle Meldungen

2D-Ma­te­ria­li­en sind aus ein­zel­nen Atom­la­gen auf­ge­baut und sol­len un­ge­ahn­te An­wen­dun­gen für Mi­kro­elek­tro­nik und Elek­tro­nik­sys­te­me er­schlie­ßen.

Um sie zu er­for­schen, be­kommt die RUB ein Clus­ter­tool, das un­ter­schied­li­che Pro­zes­se in einer Va­ku­uman­la­ge ver­eint und so ein­zig­ar­ti­ge Pro­zessab­läu­fe für 2D-Ma­te­ria­li­en er­mög­licht. Das Labor na­mens „Pic­t2­Des“ ist eines von zwölf in Deutsch­land, die das Bun­des­mi­nis­te­ri­um für Bil­dung und For­schung för­dert. Rund 4 Mil­lio­nen Euro flie­ßen dafür an die RUB. Am 5. Fe­bru­ar 2019 fin­det das Ki­ck­off des Pro­jekts in Aa­chen statt. Im Som­mer 2020 soll das Labor in Be­trieb gehen.

Vor­tei­le und Her­aus­for­de­run­gen dün­ner Schich­ten

Aus ein­zel­nen Atom­la­gen auf­ge­bau­te und na­no­st­ruk­tu­rier­te Ma­te­ria­li­en er­lau­ben neue Bau­ele­men­te für Mi­kro- und Op­to­elek­tro­nik sowie Sen­so­ren der Zu­kunft. Ihre Vor­tei­le sind viel­fäl­tig: Indem man sol­che dün­nen Schich­ten zum Bei­spiel auf Fo­li­en auf­bringt, kann man elek­tro­ni­sche Bau­tei­le fle­xi­bel ma­chen. Da die Schich­ten so dünn sind, wird dar­über hin­aus bei ihrer Her­stel­lung kaum Ma­te­ri­al ver­braucht, ein we­sent­li­cher Bei­trag zur Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz.

„Die ge­rin­ge Dicke zwei­di­men­sio­na­ler Schich­ten ist aber auch eine Her­aus­for­de­rung“, sagt Prof. Dr. Mar­tin Hoff­mann vom Lehr­stuhl für Mi­kro­elek­tro­nik, der das Labor an der RUB ko­or­di­niert. „Sol­che dün­nen Schich­ten re­agie­ren mit allem, des­we­gen muss man sie nach dem Auf­brin­gen so­fort durch wei­te­re Schich­ten schüt­zen. Um die Funk­ti­ons­schicht dann zu be­ar­bei­ten und etwa zu struk­tu­rie­ren, muss die Schutz­schicht wie­der ge­öff­net wer­den – na­tür­lich ohne die dar­un­ter lie­gen­de Schicht zu ver­let­zen.“

Trä­ger wan­dern von einer Kam­mer in die an­de­re

Die an der RUB ge­plan­te An­la­ge be­steht daher aus fünf Va­ku­um­kam­mern, die stern­för­mig um einen Ro­bo­ter herum an­ge­ord­net sind. Zwei von ihnen die­nen der Be­schich­tung mit 2D-Ma­te­ria­li­en, eine dazu, Schutz­schich­ten dar­auf auf­zu­brin­gen, und zwei wei­te­re zum ziel­ge­nau­en Ätzen von Na­no­st­ruk­tu­ren. „Die Sub­stra­te wan­dern im Va­ku­um von einer Kam­mer in die an­de­re“, be­schreibt Mar­tin Hoff­mann.

Wäh­rend er und Dr. Clau­dia Bock von der An­wen­der­sei­te auf die so ent­ste­hen­den 2D-Ma­te­ria­li­en bli­cken, be­schäf­tigt sich Prof. Dr. An­ja­na Devi von der Ar­beits­grup­pe Che­mie An­or­ga­ni­scher Ma­te­ria­li­en mit der Ent­wick­lung neu­ar­ti­ger Ma­te­ri­al­sys­te­me, in denen noch sehr viel Po­ten­zi­al steckt, und der zu­grun­de lie­gen­den Prä­kur­so­ren­che­mie.

Das Team von Prof. Dr. Peter Awa­ko­wicz und Dr. Ju­li­an Schul­ze am Lehr­stuhl All­ge­mei­ne Elek­tro­tech­nik und Plas­ma­tech­nik er­forscht die Dia­gnos­tik, Op­ti­mie­rung und Ent­wick­lung von neuen Pro­zes­sen in Plas­men, mit denen sich ge­zielt Struk­tu­ren atom­la­gen­ge­nau ätzen las­sen. „Die neue An­la­ge steht RUB-in­tern, aber auch dar­über hin­aus in­ter­es­sier­ten For­sche­rin­nen und For­schern für Ko­ope­ra­tio­nen offen und wird von den be­tei­lig­ten An­trag­stel­lern ge­mein­sam be­schafft und be­trie­ben“, be­tont Hoff­mann.

For­schung auf in­ter­na­tio­na­lem Ni­veau

Hin­ter­grund der In­itia­ti­ve des Bun­des­mi­nis­te­ri­ums für Bil­dung und For­schung ist, in Deutsch­land und Eu­ro­pa For­schung auf in­ter­na­tio­na­lem Ni­veau im Be­reich Mi­kro­elek­tro­nik zu er­mög­li­chen. Die „For­schungs­la­bo­re Mi­kro­elek­tro­nik Deutsch­land“ ver­net­zen sich un­ter­ein­an­der und mit ex­ter­nen Part­nern für einen bes­se­ren wis­sen­schaft­li­chen Aus­tausch und stär­ke­re Ko­ope­ra­ti­on. Basis für die För­de­rung durch das BMBF ist die dis­zi­pli­nen­über­grei­fen­de Ko­ope­ra­ti­on der An­trag­stel­ler von der Che­mie über die Plas­ma­tech­nik bis hin zur Mi­kro­elek­tro­nik und Mi­kro­sys­tem­tech­nik und die Ex­per­ti­se auf die­sen Ge­bie­ten. Dar­über hin­aus ist das Labor an­ge­bun­den an das Ma­te­ri­als Re­se­arch De­part­ment und das Zen­trum für Grenz­flä­chen­do­mi­nier­te Höchst­leis­tungs­werk­stof­fe unter Lei­tung von Prof. Dr. Al­fred Lud­wig sowie an das Re­se­arch De­part­ment Plas­mas with Com­plex In­ter­ac­tions. (Foto: RUB/Mar­quard)