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INHALTE

Graduiertenkolleg Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in ausgedehnten makroskopischen Arbeitsbereichen (NanoFab)

Abb. 1: Nanopositionier- und Nanomessmaschine

Die Halbleiterindustrie folgt seit nunmehr 40 Jahren mit erstaunlicher Stetigkeit dem Moore-schen Gesetz. Trotz der massiven Weiterentwicklungen, die die optische Lithographie mittlerweile erzielt hat, ist abzusehen, dass Strukturgrößen von < 20 nm mit bekannten Verfahren nur mit sehr großem Aufwand erreichbar sind. Die fundamentale Herausforderung besteht inzwischen darin, alternative Fabrikationstechnologien insbesondere für die Mikro- und Nanotechnologien zu entwickeln, die in immer größer werdenden Arbeitsbereichen von mehreren hundert Millimetern Durchmesser auf atomarer Skale messen und bearbeiten können. Ein großes Potenzial bieten spitzenbasierte Nanofabrikationsverfahren, die bereits eine Strukturierung im Sub-10 nm-Bereich, bisher allerdings nur in kleinen Bearbeitungsbereichen (wenige 100 µm2 ), bei kleinen Geschwindigkeiten und mit beschränkter Präzision, ermöglichen. Das Graduiertenkolleg NanoFab verfolgt das Ziel, hochentwickelte Nanofabrikationstechniken mit den herausragenden Fähigkeiten der Nanopositionier- und Nanomessmaschinen (NPM-Maschinen) synergetisch so zu verbinden, dass neue, skalenübergreifende, großflächige Lösungen für die Nanofabrikation entstehen.

Abb. 2: Laserbasierte Messung und
Bearbeitung in der NPMM
Abb. 3: Nanofabrikationstechnologien mit
NPMM

Dieses internationale und interdisziplinäre Projekt wird seit April 2017 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG finanziert. Die gegenwärtige Förderperiode läuft bis zum 30.09.2021 und ermöglicht es 13 Doktoranden aus unterschiedlichen Wissenschaftsbereichen an diesem großen Ziel mitzuarbeiten. Das Leitthema besteht in der konsequenten Anwendung und Erweiterung fehlerminimaler, messtechnischer Prinzipien auf Nanofabrikationssysteme und in der Ableitung und Untersuchung neuer Möglichkeiten und Strategien zur Nanofabrikation. Der innovative Charakter des Vorhabens besteht darin, leistungsfähige, spitzen- und laserbasierte Mikro- und Nanofabrikationstechniken mit den einzigartigen Möglichkeiten der an der TU Ilmenau entwickelten Nanopositionier- und Nanomesstechnik auf höchstem Niveau zu verbinden, um völlig neue Möglichkeiten der Nanofabrikation zu eröffnen.

Durch Verbindung neuester AFM-spitzenbasierter Nanofabrikationstechniken mit der NPM-Technik soll untersucht werden, inwieweit kleinste Strukturen auf großen Flächen effizient hergestellt werden können. Bereits in der ersten Doktorandengeneration soll die spitzenbasierte Strukturierung von Wafern unter 10 nm in Bereichen bis 25 x 25 mm² mit der Nanopositionier- und Nanomessmaschine nachgewiesen werden. Gleichermaßen sollen laserbasierte Subwellenlängen-Bearbeitungsverfahren in Verbindung mit der NPM-Technik die Möglichkeit eröffnen, wirkliche 3D-Nanofabrikation höchster Präzision auf optischen, nichtebenen Präzisionsflächen (Asphären/ Freiformflächen) zu ermöglichen. Das Graduiertenkolleg wird auf drei Forschungsdomänen tätig: A Spitzenbasierte Nanofabrikation B Laserbasierte Mikro- und Nanofabrikation C Nanofabrikation auf Freiformflächen Diese drei Forschungsdomänen werden kombiniert mit übergreifenden Arbeitsfeldern: 1. Theorie und Metrologie 2. Tools/Parallelisierung 3. Kinematik und Regelung und führen zu der in Tabelle 1 dargestellten Forschungsmatrix.

Tabelle 1: Forschungsmatrix

Die beteiligten Antragsteller können auf eine erfolgreiche mehrjährige Zusammenarbeit im SFB Nanopositionier- und Nanomessmaschinen, im Graduiertenkolleg Lorentzkraft sowie im Forschungsprojekt Inno- Profile Kraftmesstechnik und auf das DFG-Gerätezentrum Mikro-NanoIntegration am IMN MacroNano® der TU Ilmenau aufbauen.