Magazin Dezember 2013 - TUalumni

Bulletin Nr. 36 | Dezember 2013 Seite 23Milli, Mikro, Nano Text: Florian AignerKleine Bauelemente mit großer technologischer Bedeutung werden am Zentrumfür Mikro- und Nanostrukturen (ZMNS) der TU Wien hergestellt.In einem eigenen Reinraum undmit einem großen Park an modernenGeräten werden an der TUWien Objekte kleinste Strukturenproduziert. Dazu gehören Bauelementefür die Mikro- und Nanoelektronik,für die Sensorik, sowieauch neuartige Detektoren undLichtquellen im Mikro-Format. DasZMNS forscht an eigenen wissenschaftlichenProjekten und liefertgleichzeitig wichtige Bauelementefür andere Forschungsgruppender TU Wien. „Grundlagenforschungist für uns genauso wichtigwie die Anwendung“, betontProf. Gottfried Strasser, Leiter desZMNS. Er leitet auch das fächerübergreifendeSFB-Projekt „NextGeneration Light Synthesis andInteraction“.Kleiner als kleinDie Abmessungen von Nanostrukturenverhalten sich zu unserenAlltagsgegenständen ähnlich wieunsere Körpergröße zur Größeder Erde. Die technischen Herausforderungenam ZMNS liegen abernicht bloß im Umgang mit diesenwinzigen Größenordnungen. „Ganzwichtig ist es für uns, neue Materialienzu verwenden“, erklärt GottfriedStrasser. Dadurch können dieBauelemente ganz andere elektronischeEigenschaften annehmen. Nebenüblichen Halbleitermaterialienwie Silizium oder Germanium werdenauch Oxide und Metalle verarbeitet,in Zukunft wird auch dasKohlenstoff-Material Graphen einenoch größere Rolle spielen.Gallium-Nitrid ist ein Material, daserst seit kurzer Zeit beherrschbarist. Daraus werden Hochleistungstransistorenhergestellt, mit denenverhältnismäßig starke Ströme geschaltetwerden können. Das istetwa für Hybridautos wichtig, in de-nen große Energiemengen in kurzerZeit hin und hergeleitet werdenmüssen.Oft möchte man verschiedene Materialienkombinieren. Durch ausgeklügelteSchichtsysteme kann mandafür sorgen, dass Elektronen diegewünschten Energiezustände einnehmenoder an der Grenzschichtfestgehalten werden. Wenn allerdingsdie Abstände zwischen deneinzelnen Atomen in den beidenMaterialien unterschiedlich sind,lassen sie sich nicht ohne Verbiegungenund Verzerrungen zusammenfügen.Eindimensional,zweidimensional,dreidimensionalEine Lösung dafür bieten niedrigdimensionaleStrukturen. Wenn manstatt eines dreidimensionalen Blocksbloß einen dünnen Nano-Draht herstellt,ist die Kombination viel einfacher.Aus vielen dicht gepacktenNanodrähten könnten sich zum Beispieleffizientere Solarzellen bauenlassen, die ein breites Spektrum anLichtwellenlängen absorbieren.Doch Nanostrukturen können nichtnur absorbieren, sondern auch alsLicht aussenden. Am ZMNS werdenspezieller QuantenkaskadenlaserZMNSReinraum-Geräte,Foto: ©TU Wien(QCLs) hergestellt. Sie bestehen ausvielen Schichten, an die eine elektrischeSpannung angelegt wird. DieEnergiezustände der Elektronenlassen sich so einstellen, dass dieElektronen von Schicht zu Schichtwie auf einer Treppe in immer tiefereEnergiezustände fallen unddabei jedes Mal ein Photon aussenden.Durch die Geometrie derStruktur kann ganz präzise festgelegtwerden, welche Wellenlängedas ausgesandte Licht haben soll.Dadurch werden Quantenkaskadenlaserzu einem wunderbarenWerkzeug für Spektroskopie, etwaum Sensoren für gefährliche ChemikalienherzustellenGrundsätzlich gibt es zwei verschiedeneHerangehensweisen beider Fertigung von Mikrostrukturen:Beim Top-Down-Ansatz startetman mit dem fertigen Material undbringt es dann in Form. Beispielsweisedurch Ionenbeschuss, beimBottom-Up-Ansatz lässt man dieMaterialien gezielt in der richtigengeometrischen Form wachsen. „Inder Industrie wird noch immer eherdie Top-Down-Variante angewandt,doch das genügt heute nicht mehr“,sagt Gottfried Strasser. An der TUWien werden beide Strategien miteinanderverbunden, um auch inZukunft bei der Entwicklung vonNanostrukturen vorne mit dabei zusein.