Eines der kleinsten Klimadiagramme der Welt
Chemnitzer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erstellen Diagramm zur Klimakommunikation im Mikrometermaßstab, um ihre Forschungsarbeiten zur Abscheidung atomar dünner Kobaltschichten besser veranschaulichen zu können
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Elektronenmikroskopaufnahme der mit Kobalt beschichteten Fotolack-Teststruktur. Sie stellt ein Balkendiagramm dar, bei dem jeder Streifen einen halben Mikrometer breit ist. Das Diagramm zeigt die mittlere Lufttemperatur Deutschlands seit Aufzeichnungsbeginn im Jahr 1881. Der Wert 4 wurde zur besseren Veranschaulichung der räumlichen Struktur herausgezoomt. Fotomontage: Mathias Franz -
Forschungsanlage für die Atomlagenabscheidung von Metallen im Reinraum des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien der TU Chemnitz. Doktorand Mathias Franz untersucht an dieser Anlage neuartige Prozesse für die Abscheidung atomar dünner Kobaltschichten. Foto: Jacob Müller
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien (ZfM) und der Professur Anorganischen Chemie der Technischen Universität Chemnitz haben gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, Scia Systems und FAP Plasmatechnik einen Prozess zur Atomlagenabscheidung entwickelt, bei dem ultradünne metallische Kobaltschichten bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden können. „Niedrige Temperaturen heißt and dieser Stelle der Bereich von 50 °C bis 110 °C, was für diese Art der Schichtherstellung bisher noch nicht erreichbar war“, sagt Doktorand Mathias Franz vom ZfM.
Um die Vorteile dieses Temperaturbereiches zu demonstrieren, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine spezielle Teststruktur hergestellt: Ein Klimadiagramm im Mikrometermaßstab. Es zeigt die mittlere Lufttemperatur in Deutschland seit Aufzeichnungsbeginn im Jahr 1881. Das Diagramm selber ist dabei gerade einmal 150 Mikrometer breit und 80 Mikrometer hoch. Zum Vergleich: ein normales menschliches Haar würde darauf gelegt das Diagramm komplett verdecken. Jeder Balken ist dabei nur einen halben Mikrometer breit, das ist ein 2000stel eines Millimeters. „Damit haben wir vermutlich eines der kleinsten Klimadiagramme der Welt geschaffen“, so Franz.
Für die Herstellung dieser Teststruktur verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine 200 Milimeter durchmessende Siliziumscheibe und brachten einen dünnen Fotolack auf. Die Teststuktur wurde mittels Projektionslithografie über eine Chrommaske in den Fotolack übertragen. Mit einer Entwicklerlösung wurden alle so belichteten Stellen des Fotolacks von der Oberfläche entfernt. Übrig bleiben auf diese Art und Weise nur die unbelichteten Stellen des Fotolacks. Dieser ist sowohl anfällig für hohe Temperaturen, als auch unbeständig im Wasserstoff oder Sauerstoffplasma. Dennoch konnte gezeigt werden, dass die hergestellte Teststruktur auf 85 °C aufgeheizt werden konnte und 1.500 Wasserstoff-Zyklen überstanden hat, die notwendig waren, um den gesamten Fotolack mit einer ultradünnen Kobaltschicht zu beschichten.
Das Ergebnis der Arbeit ist als Open-Access-Publikation beim „Journal of Vacuum Science & Technology A“ erschienen und kann unter https://doi.org/10.1116/6.0004248 aufgerufen werden.
Weitere Informationen erteilt Mathias Franz, E-Mail mathias.franz@s2015.tu-chemnitz.de.
Mario Steinebach
24.03.2025
