JAHRESBERICHT - Profil - Max-Planck-Gesellschaft

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J AHRESBERICHT 2002 Erfindungen Im Jahr 2002 hat Garching Innovation insgesamt 79 Verwertungsverträge abgeschlossen (Vorjahr: 107). Der Lizenzumsatz betrug rund 11,0 Mio. r (Vorjahr: 20,1 Mio. r). Der Gesellschaft wurden 127 neue Verwertungsaufträge erteilt (Vorjahr: 121). Nanostempel, Nanoporenarrays und Nanoröhren In der so genannten Nanotechnologie (nano = ein Milliardstel Meter) geht die Entwicklung hin zu immer feineren Strukturen mit immer kleineren und wohldefinierten Abmessungen. Ein Ziel dabei ist zum Beispiel die Erzeugung von porösem Material mit periodischer Porenanordung im Submikrometerbereich. Am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle wurde hierzu eine vielseitig anwendbare Technologie entwickelt, die einem schon seit 1997 bekannten Strukturierungsverfahren gänzlich neue Möglichkeiten eröffnet – in einem Substrat mit identischen Durchmessern und Abständen kann nun eine extrem hochgeordnete periodische Anordnung von Löchern bzw. Poren erzeugt werden, welche jenseits der mit herkömmlicher Lithographie erreichbaren Dichte vorliegen. Im herkömmlichen Nanoprägeverfahren wird ein Stempel mit einer Prägestruktur unmittelbar auf die Oberfläche eines zu bearbeitenden Substrats, wie Aluminium oder Silizium, gepresst. Periodisch angeordnete Erhebungen im Submikrometerbereich erzeugen dort entsprechende periodische Vertiefungen. In einem nachfolgenden elektrochemischen Ätzprozess bilden die Vertiefungen so genannte Keimstellen für einen Materialabtrag, der schließlich zum Entstehen von Löchern bzw. Poren führt. Bisher war der Porenabstand auf die 1:1 übertragene Prägestruktur und damit auf den mittels Lithographie minimal möglichen Abstand der Erhebungen beschränkt, denn nur an den eingeprägten Vertiefungen entstanden die Poren. Die Hallenser Forscher entdeckten, dass bei vorgegebenem Prägemuster der mittlere Porenabstand proportional zur angelegten Spannung ist und sich die Größe der ausbildenden Poren nach dem pH-Wert der elektrochemischen Ätzlösung richtet. Unter Ausnutzung des Selbstorganisationseffektes lassen sich somit nicht nur Porenabstände erzeugen, die kleiner, sondern auch größer sind als der mittlere Keimabstand, d. h. größer als der mittlere Abstand der Erhebungen auf der Stempelfläche. Darüber hinaus lässt sich durch die Struktur der Stempelfläche und den Stempeldruck der Querschnitt der röhrenförmigen Poren beeinflussen: Wird die Strukturübertragung beispielsweise durch rechteckige Erhebungen bei hohem Stempeldruck vorgenommen, werden oberflächennah rechteckige Porenquerschnitte erzielt. Hingegen führt ein geringerer Stempeldruck zu einem kreisförmigen Querschnitt. Der Porenquerschnitt am Boden der Poren wird dagegen primär durch den Stromfluss und die verwendeten Elektrolyte des Ätzprozesses bestimmt. Bei 48
P OLITISCHE L EITLINIEN 7µm 1µm entsprechend gewählten Prozessbedingungen läßt sich somit eine Vielzahl an Porenstrukturen für ebenso vielfältige Anwendungen realisieren. Durch die gleichmäßige und sehr hohe Qualität der Porenanordnung sind dielektrische Materialien wie poröses Silizium und poröses Aluminium extrem gut für die Anwendung als optische Bauelemente, so genannte zweidimensionale (2D) photonische Kristalle, geeignet. Makroporöses Silizium besitzt ein Potenzial für infrarote photonische Kristalle, poröses Aluminium hingegen ist der favorisierte Kandidat für photonische Kristalle, die im sichtbaren Spektrum arbeiten. Denkbar ist auch die Anwendung des Verfahrens zur Realisierung von dreidimensionalen (3D) photonischen Kristallen. Ein gänzlich anderer Ansatz ist die Verwendung des porösen Substrats (Templatmaterial) zur Herstellung von Nano- und Mesoröhren, d. h. von Röhren oder Hohlfasern mit einem Innendurchmesser im Nano- bis Mikrometerbereich. Solche Nano- oder Mesoröhren dienen u. a. der Aufbewahrung oder dem Transport von Gasen oder Flüssigkeiten (Brennstoffzellen, Nahfeld-Optik, Nanoelektronik, kombinatorische Chemie, Katalyse, Arzneimittelverarbeitung). In gleichmäßiger Anordnung sind sie geeigent zur Filtration, Wasserstoffspeicherung oder zur Gewebeherstellung. Ferner sind Anwendungen zu Trennzwecken bekannt, z.B. in der medizinischen Dialyse, der Gas-Separation oder der Osmose in wässrigen Systemen. Nanoröhrchen-Arrays aus Polystyrol in unterschiedlichen Vergrößerungen 49
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