Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

107 24.3 Erzeugung von Mikro- und Nanostrukturen Auf einer Oberfläche abgelagerte Nanoteilchen ver- ändern diese Beugungserscheinungen. Aus den ge- messenen Störungen lassen sich wieder Rückschlüsse auf die Nanoteilchen ziehen (zB Messung der Konzen- tration von Defekten auf einer Oberfläche, Schichtdi- cken von aufgedampften Clustern). Emissionsmethoden Emissionsmethoden erlauben Untersuchungen der chemischen Beschaffenheit von Oberflächennano- strukturen. Bei diesen Untersuchungsverfahren be- strahlt man eine Probe mit tiefultraviolettem Licht oder mit Röntgenstrahlen. Dadurch werden Elektro- nen aus den Atomen der Oberfläche herausgeschla- gen und diese Atome ionisiert. Die Elektronen treten dabei aus der Probe aus und werden hinsichtlich ihrer Energie untersucht. Aus dem Spektrum der Elektro- nenenergie lassen sich Rückschlüsse auf die Art und die Häufigkeit der an der Probenoberfläche vorhan- denen Elemente ziehen. Erzeugung von Mikro- und Nanostrukturen Zur Erzeugung vonMikro- und Nanostrukturen führen prinzipiell zwei Wege. Bei der top-down-Methode verwendet man Verfahren der Mikrominiaturisierung. Gößere Strukturen werden dabei stark verkleinert. Bei der bottom-up-Methode benützt man hingegen die selbstorganisatorischen Eigenschaften bestimmter Stoffe, die dazu führen können, dass winzige Struktu- ren wachsen. Top-down-Methoden Bei der Abbildungs-Photolithographie wird eine Maske mit Hilfe von Photonen auf einer lichtempfind- lichen Oberfläche abgebildet. Die belichteten Teile der Oberfläche verändern ihre Empfindlichkeit ge- genüber ätzenden Substanzen. Beim nachfolgenden Ätzen bleiben unterhalb der reaktionsträgen Bereiche der Oberfläche die Atomschichten erhalten. Daneben wird jedoch Material weggeätzt. Auf diese Weise lässt sich die Struktur der Maske auf das belichtete Subst- rat übertragen. Das Verfahren eignet sich gut, um eine große Zahl von Kopien der Maske zu erzeugen. Zur Herstellung der Maske bedient man sich häufig ei- ner direkten Schreibmethode . Dabei rastert man die Oberfläche einer teilchenempfindlichen Schicht mit einem Elektronenstrahl ab und zeichnet dabei das ab- zubildende Muster auf die Oberfläche. Die bestrahlten 24.2.4 24.3 24.3.1 Stellen werden dann weggeätzt ( Elektronenstrahl- Lithographie ). Neben Licht- und Elektronenstrahlen verwendet man bei den lithographischen Methoden auch Röntgen-, Atom- und Ionenstrahlen. Eine weitere top-down Methode ist die Laser-Ablati- on . Dabei durchstrahlt ein Puls intensiven Laserlichts eine Maske und fällt auf eine Oberfläche. Die beleuch- teten Teile der Oberfläche erwärmen sich dabei so stark, dass dort Material verdampft. Nanoimprint-Techniken verwendet man bei der Herstellung von CDs und DVDs. Dabei wird eine Mas- ke, die mit lithographischen Methoden hergestellt worden ist, in ein thermoplastisches Material einge- prägt. Damit lassen sich Muster mit Strukturgrößen von 400 nmmit hoher Genauigkeit in großer Zahl ver- vielfältigen. Mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopen lassen sich auf einer Oberfläche ebenfalls Strukturen erzeugen. Dies reicht von der Katalyse chemischer Reaktionen an bestimmten Stellen der Oberfläche über lokale Oxidation von Silizium- oder Metalloberflächen bis zur biologisch interessanten Verformung von Lipid- doppellagen (Membranen). Mit Rastertunnelmikroskopen kann man sogenann- te Quantengatter (quantum corral) erzeugen. Dabei werden einzelne Atome mit der Spitze des STM auf einer Oberfläche gezielt abgesetzt und so Muster er- zeugt. Abb. 107.1 Quantengatter aus Kobaltatomen auf einer Kup- feroberfläche. Im rechten Fokus der Ellipse befindet sich ebenfalls ein Kobaltatom. Im linken Fokus ensteht wegen der Reflexion der Elektronenwellen an der Ellipse ein Bereichmit einer erhöhten Auf- enthaltswahrscheinlichkeitsdichte für Elektronen (Geisteratom). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv