|
|
|
Forschung Einführung Ein immer währendes Ziel der Industrie ist die weitere Miniaturisierung von elektrischen, elektro-optischen und elektro-mechanischen Bauelementen auf Silicium-Basis. Die bislang zu deren Produktion verwendeten Techniken werden in naher Zukunft an ihre wirtschaftlichen und technischen Grenzen stoßen. Schon gegenwärtig rentieren sich die hohen Investitionen zur Entwicklung neuer Strukturelemente im Nanometermaßstab nicht mehr für kleinere Stückzahlen oder bedingen hohe Stückpreise. Zudem führt die momentan ausschließlich genutzte top-down-Strategie – die Vorgehensweise vom Großen zum Kleinen – aufgrund der subtraktiven Arbeitsweise zu einer Verschwendung von kostbarem Material. Deshalb wird nach neuen Methoden gesucht, mit denen die gewünschten Strukturbreiten unterhalb von 100 nm auch für kleinere Stückzahlen wirtschaftlich zugänglich sind. Funktionale Strukturelemente aus Nanopartikel Seit einiger Zeit wird an der Umsetzung der bottum-up-Strategie – der Vorgehensweise vom Kleinen zum Großen – zur Herstellung von Strukturelementen im Nanometermaßstab gearbeitet. Dabei wird u. a. die als Selbstorganisation bezeichnete spontane Strukturbildung in dynamischen Systemen ausgenutzt. Ausgangspunkt für die Entwicklung dazu geeigneter Systeme ist die Kolloidchemie, die Nanopartikel aus einem großen Spektrum an Materialien bereitstellen kann; zudem sind Nanopartikel z. B. durch Pyrolyse von precursor-Gasen im Heißwand- oder Mikrowellenreaktor zugänglich. Neben der Herstellung und Modifikation von Nanopartikel in Lösung können auch die "trocken" hergestellte Nanopartikel, gegebenenfalls unter Zusatz von Stabilisatoren, mit geeigneten dispersen Medien stabile Suspensionen bzw. Lösungen bilden und somit quasi wie Flüssigkeiten gehandhabt und verarbeitet werden. Zur Modifikation von Nanopartikeln kann z. B. eine Schutzhülle aufgebracht werden, die deren Handhabung erleichtert. Die Schutzhülle kann später entweder durch Wärmebehandlung oder unter Vakuum entfernt werden, durch ihre Eigenschaften zur Selbstorganisation der Nanopartikel beitragen oder als Dielektrikum die elektrischen Eigenschaften beeinflussen. Die auf das Substrat bzw. auf eine bereits vorhandene Schicht aufgebrachten Nanopartikel können entweder in disperser Form belassen werden um größenabhängige Eigenschaften auszunutzen, oder bei niedrigen Temperaturen gesintert werden. Die geringe Größe nanostrukturierter Materie bedingt chemische und physikalische Eigenschaften, die denen der jeweiligen Festkörper (bulk) nicht zu eigen sind. Das Auftreten dieser Eigenschaften wird unter dem Begriff Quantengrößeneffekte (quantum size effects) zusammengefasst. Aufgrund der zur Auswahl stehenden Materialvielfalt können sowohl elektrisch funktionale Schichten aus leitendem, halbleitendem und isolierendem Material, als auch chemisch und physikalisch aktive Schichten verwirklicht werden: So können dünne nanostrukturierte Schichten als Lichtbarriere, Diffusionsbarriere, Passivierungsschicht oder Strukturschicht dienen. Zur Reproduktion von funktionalen Struktureinheiten können die Nanopartikel aus der Suspension abgeschieden oder durch Druckverfahren in der Suspension auf ein Substrat aufgebracht werden. Prinzipiell sind durch sukzessives Aufbringen mehrerer Schichten von nanostrukturierter Materie Strukturen in drei Dimensionen zugänglich. Wesentlich für die Realisierung von Bauelementen auf der Basis von nanostrukturierter Materie ist neben der elektrischen Kontaktierung der funktionalen Einheiten eine gleichmäßig dichte Anordnung der Nanopartikel in Form von Mono- und Multischichten. Diese kann durch das Aufbringen von dünnen Filmen durch spin- und dipcoating oder durch verschiedene Drucktechniken erreicht werden. Dazu eignen sich sowohl Verfahren aus dem Bereich des impact-Drucks (Hoch-, Tief-, Flach- und Siebdruck) als auch des non-impact-Drucks (Tintenstrahldruck, airbrush, Gießen). Dabei ist eine an das konventionelle Drucken angelehnte Arbeitsweise nicht zwangsläufig auf eine spezielle Atmosphäre oder ein bestimmtes Substrat festgelegt. Die bei der bottom-up-Strategie angewandte additive und damit materialsparende Arbeitsweise konnte bisher noch nicht in einem großtechnischen Prozess verwirklicht werden. Jedoch lassen die mit dem Auftreten von Quantengrößeneffekten einhergehenden Forschungsaktivitäten auf eine Anwendung von nanostrukturierter Materie in funktionalen Bauelementen hoffen. Forschungsschwerpunkt Schwerpunkt meiner Forschung ist die Untersuchung des elektrischen Transports in dünnen Nanopartikel-Schichten aus halbleitenden Materialien. Die Untersuchungen sollen einen Beitrag zur Antwort auf die Frage leisten, in wieweit in solchen Systemen eine hinreichend hohe Leitfähigkeit auftritt um daraus aktive elektronische Strukturelemente verwirklichen zu können. Dazu werden selbst präparierte Modellsysteme mit Hilfe der Impedanz-Spektroskopie charakterisiert. Veröffentlichungen
Tagungsbeiträge: Poster & Vorträge
|
