Ausschreibungen

Um schnellere und effizientere opto-elektronische Bauelemente zu entwickeln dringt die moderne Materialforschung zu immer kleineren Strukturgrößen vor. Stand der Forschung sind fokussierte Ionenstrahl-Mikroskope basierend auf beschleunigten Gallium-Ionen, welche die Grenze für zuverlässig herstellbare Nanostrukturen bei etwa 30nm festlegen. Für verschiedene high-end Anwendungen in der Plasmonik, Nanooptik und Nanoelektronik ist es jedoch überaus wichtig Materialgeometrien <10nm sicher zu beherrschen. Dazu sind derzeit nur die vor kurzem etablierten Helium-Ionen-Mikroskope in der Lage. Sie ermöglichen das rapid-prototyping von komplexen 2D- und 3D-Nanostrukturen für die nächste Generation von elektronischen und photonischen Komponenten, z. B. für Lichtemitter (LEDs, Laser), Lichtabsorber, z. B. Solarzellen und Solar-Fuel-Reaktoren sowie neue Metamaterialien. Der Kontrast-Mechanismus für He- und Ne-Ionen ist nur durch die Topographie bestimmt, was komplementäre Daten zur Rasterelektronen-Mikroskopie (englisch: Scanning Electron Microscope- SEM) liefert, die von Materialkontrast dominiert wird. Zusätzlich hat die Technologie der He-/Ne-Ionen-Mikroskope weiteres Entwicklungspotenzial in der Nano-Analytik. So können alle REM- und damit Elektronstrahl-basierten Strukturierungs- und Analysemethoden wie zum Beispiel elektronenstrahl-induzierter Strom (englisch: electron beam induced current – EBIC), Orientierungsanalyse mit rückgestreuten Elektronen (englisch: electron backscatter diffraction – EBSD), Kathodolumineszent (CL) oder Gasinjektion mit sogenannten Gasinjektionssystemen (GIS) auch auf Basis von Ionenstrahlen angedacht werden. Diese Techniken müssen allerdings erst entwickelt werden, was sich die ausschreibende Institution zur Aufgabe macht. Diese Verfahren versprechen fundamental neue Einblicke in Materialstrukturen auf der Nanoskala. Des Weiteren wird das Nano-Patterning zu revolutionär kleinen Strukturen führen, wie sie bis dato nur mit der deutlich aufwändigeren Elektronenstrahllithographie möglich waren. Sobald mit Hilfe von Edelgas-Ionen (z. B. He, Ne) elektrisch aktive Querschnittsflächen kontaminationsfrei freigelegt wurden, möchte man sie auch möglichst vielfältig und effizient charakterisieren. Eine sehr interessante und effektive Methode ist ein Kelvinrasterkraftmikroskop (KPFM), mit dem man die lokale elektronische Struktur sehr detailliert untersuchen kann. Da viele der freizulegenden Oberflächen im Kontakt mit Luft instantan modifiziert werden, wäre eine Integration eines Ratserkraftmikroskops (englisch: Atomic Force Microscope- AFM) in die Vakuumkammer eines SEM eine ideale Lösung. Das würde zusätzlich durch die gleichzeitige elektronenmikroskopische Abbildung einer AFM-Spitze zu einer massiven Zeitersparnis bei der Charakterisierung großer Probenmengen führen. Außerdem wird es so möglich insitu die Reaktion von Proben auf einen Elektronenstrahl zu untersuchen. Beschaffungswunsch: Fokussiertes Ionenstrahl-Mikroskop mit der Möglichkeit, He- und Ne-Ionen zur Abbildung und Strukturierung zu verwenden, welche Strukturdimensionen < 10nm erlauben. Rasterelektronenmikroskop mit integriertem AFM und Analytik, z.B. KPFM-Analysemöglichkeiten. Zusätzliche Leistungswünsche: Im Gegensatz zu Ga-Ionen-Mikroskopen haben diese fokussierten Ionenstrahl-Mikroskope noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: zur Untersuchung von elektrisch aktiven, nanostrukturierten Bauteilen, wie z. B. Solarzellen oder LEDs, muss man die interessierende aktive Schicht zunächst freilegen, da sie unterhalb anderer funktionaler Schichten vergraben liegt. Die dazu derzeit vornehmlich verwendeten Ga-Ionen Feinstrahlanlagen haben allerdings den Nachteil, dass sie Ga Atome in die Probenoberflächen implantieren, die die elektrischen Eigenschaften des zu testenden Bauteiles stark verändern können. Ga ist z. B. ein Dotierstoff in Silizium sowie in anderen Halbleitern und modifiziert damit die elektrischen Eigenschaften substanziell. Hier erlaubt ein Ionenstrahl aus inerten Edelgasionen (wie Helium (He) oder auch Neon (Ne)) etwas das mit den Standard – Ga-Ionenmikroskopen nicht möglich ist: Materialabtrag ohne Modifikation der elektrischen Eigenschaften. Da He-Ionen sehr leicht sind und damit bei der Kollision mit Oberflächen eine geringe Abtragrate besitzen, ist auch der Einsatz schwererer Edelgas-Ionen wie etwa Ne wünschenswert um höhere Abtragraten zu erzielen, falls größere Volumina entfernt werden müssen. Zu beschaffen ist also ein Ionenmikroskop das mit He und Ne Ionen betrieben werden kann.

Helium-Ionenmikroskop

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