Wissenschaftler des MIT haben eine neue Messmethode entwickelt, die wie ein „Nanolineal“ erstmals Linienmuster mit Abständen von nur wenigen hundert Milliardstel Metern erzeugen kann. Durch diese Technologie könnten wichtige Fortschritte von der Computerforschung bis zur Weltraumphysik erreicht werden.
Das „Nanolineal“ ist zehn bis tausendmal schneller und genauer als alle bisherigen so genannten „Grating“-Methoden. Diese werden eingesetzt, um große Oberflächen, beispielsweise von Wafern für Computerchips oder hochauflösende Teleskopen, mit exakt parallelen Strukturen zu versehen. „Das Erzeugen von Gratings mit genauer Kontrolle über große Flächen hinweg hat Laboratorien rund um die Welt lange Zeit nahezu zur Verzweiflung gebracht“, erklärt Mark L. Schattenburg, Leiter des Forschungsteams am Massachussetts Institute of Technology (MIT)
Werkzeug für die Halbleiterindustrie
Schattenburg begann sein Nanolineal-Projekt daher, um bessere Messwerkzeuge für die Halbleiterindustrie zu schaffen. „Die heutigen Computerchips sind vollgepackt mit Millionen von Transistoren“, erklärt er. „Es wird jedoch zu einer immer größeren Herausforderung, mehr und mehr davon auf einer Fläche nicht größer als ein Daumennagel unterzubringen.“
Das Nanolineal könnte hier wichtige Hilfestellung leisten: Es kann Schraffuren aus Linien und Zwischenräumen erzeugen, die nur wenige hundert Nanometer auseinander liegen – und dies auf einen Nanometer genau. „Das entspricht dem Versuch, von Manhattan aus ein Ziel von der Größe einer Centmünze in San Francisco zu treffen“, ergänzt Carl Chen, Mitarbeiter am MIT.
Mustererzeugung durch Laser und Interferenz
Möglich wird dies durch die Kombination zweier herkömmlicher Verfahren: Dem mechanischen „Rulling“ und der Interferenzlithographie. Bei ersterem wird im Prinzip einfach ein scharfes Ritzwerkzeug über eine Oberfläche gezogen, um eine Reihe von Linien und Zwischenräumen zu hinterlassen. Bei der Interferenzlithographie interagieren zwei Lichtstrahlen so miteinander, dass sie alternierende Linien hoher und niedriger Intensität erzeugen. Dieses Muster wird als Schablone für die benötigten Linienmuster genutzt.
Das Nanolineal verbindet beide Verfahren, indem es die Oberfläche bewegt, während ein Laserstrahl durch Interferenz die Streifen erzeugt. „Andere Verfahren können zwar Schraffuren mit kleineren Abständen herstellen, aber diese sind bei weitem nicht so schnell und genau wie das Nanolineal“, so Schattenburg.
Besondere Bedeutung könnte die neue Entwicklung für die Analyse von Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung haben. Wenn der Abstand zwischen zwei Linien mit der Wellenlänge eines Lichtstrahls kompatibel ist, wird das Licht in seine spektralen Bestandteile aufgespalten. Dieses Spektrum gibt Wissenschaftlern wertvolle Hinweise auf die Natur und den Ursprung dieser Wellen. Ein solches Nano-Grating ist beispielsweise bereits im NASA-Röntgenteleskop Chandra im Einsatz. Aus dem von ihm erzeugten Spektrum schließen die Astronomen auch die chemische Zusammensetzung und Temperatur kosmischer Röntgenquellen.
(MIT, 06.02.2004 – NPO)
