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UNI_02_2017

UNIFORSCHUNG UNI I 02 I 2017 35 | Die Ergebnisse des SNM-Projekts wurden durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit von 16 hochkarätigen Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen aus acht europäischen Ländern ermöglicht. Bei ihren Forschungsarbeiten nutzten die 50 Wissenschaftler Quanteneffekte, um ultrakleine sogenannte Einzelelektronen- Bauelemente konstruieren zu können. Im Gegensatz zur klassischen Physik erlaubt die Quantenmechanik präzise Berechnungen der physikalischen Eigenschaften von Materie bis hin zum Größenbereich von Elementarteilchen. Die wissenschaftliche Analyse von Strukturen in der Größenordnung unter zehn Nanometern ist äußerst aufwändig und wurde vom niederländischen Institut für Metrologie VSL, einem international führenden Institut für Messtechnik, koordiniert. Die Messung der Einzelelektronen-Bauelemente gelang am Imperial College London. Die britische Universität gehört zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen unter anderem in den Natur- und Ingenieurwissenschaften. Dabei ergab die Analyse einen Durchmesser der kleinsten funktionellen Strukturen von nur 1,8 Nanometern. Zu Beginn des SNM-Projektes, also erst vor vier Jahren, wurden mit herkömmlichen Herstellungsmethoden noch 35 Nanometer erreicht. Die Herstellung elektronischer Bauelemente mithilfe von Lithographie-, also von Schreibverfahren, erfolgt in zwei Schritten. Zunächst werden die Strukturen in eine Lackschicht „geschrieben“. Damit wird, wie bei der Negativherstellung in der analogen Fotografie, die Maske für den zweiten Schritt erstellt. Anschließend werden die Strukturen von der Lackschichtmaske in das Silizium geätzt – aus dem „Negativ“ wird das eigentliche „Positiv-Foto“, das elektronische Bauteil. Bis ein vollständiger, ultrakleiner Schaltkreis hergestellt werden kann, müssen die einzelnen, äußerst komplexen Schritte dutzend-, ja hundertfach ausgeführt werden. Mithilfe sogenannter langsamer Elektronen modellierten die Wissenschaftler der TU Ilmenau mit einem oder mehreren Nanometer großen Spitzen Strukturen im Bereich unter zehn Nanometern. Dieses Schreibverfahren, Raster-Sonden-Technik genannt, ermöglicht nicht nur das Schreiben, sondern auch das Lesen und die ultragenaue Anordnung von Nanostrukturen. Für Professor Rangelow ist die Entwicklung elektronischer Strukturen von unter zwei Nanometern eine herausragende wissenschaftliche Leistung: „Weltweit werden intensiv Technologien gesucht und erforscht, die Computer der Zukunft, sogenannte Quantencomputer, ermöglichen. Im Unterschied zu herkömmlichen Digitalrechnern basieren diese Computer ausschließlich auf Gesetzen der Quantenmechanik. Quantencomputer werden ungleich leistungsfähiger sein, denn mit ihnen könnten wir bestimmte Probleme der Informatik, zum Beispiel die Suche in extrem großen Datenbanken, vermeiden. Die von uns entwickelte Raster-Sonden- Technik hat mit der Herstellung von zwei Nanometer kleinen Strukturen das Tor in diese neue Quantencomputerwelt ein gutes Stück geöffnet.“ Von der Gesamtprojektförderung von fast 18 Millionen Euro für vier Jahre stammen gut 12 Millionen aus dem 7. Rahmenprogramm der Europäischen Union, die restlichen sechs Millionen wurden von allen beteiligten Partnern aufgebracht. Weitere Informationen unter: www.snm-project.eu Das SNM-Team der TU Ilmenau v.l.n.r.: Claudia Lenk, Martin Hoffmann, Prof. Ivo W. Rangelow, Steve Lenk, Yana Krivoshapkina und Marcus Kästner. Die bahnbrechenden wissenschaftlichen Ergebnisse des SNM-Projekts bilden den Grundstein für die Massenfertigung einer neuen Generation hochleistungsfähiger und extrem energiesparender Elektronik. Fotos: ari


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