Aufbau nanoelektronischer Bauelemente auf Lithiumniobat-Templaten mittels Ferroelektrischer Lithografie

• Antragsteller: Dr. Alexander Haußmann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235452448

Eine zentrale Herausforderung an die Nanotechnologie ist derzeit die reproduzierbare, parallelisierbare und kostengünstige Herstellung funktionaler Nanostrukturen nach dem bottom-up-Prinzip. Hierzu eignen sich ferroelektrische Materialien als Substrate, auf deren Oberflächen Nanostrukturen nach dem Prinzip der "Ferroelektrischen Lithografie" (FE-Litho) kontrolliert aufgebaut werden können.Bei der FE-Litho-Methode bestimmen die ferroelektrischen Domänenstrukturen die Abscheidung frei wählbarer Nanoobjekte auf der Oberfläche des ferroelektrischen (FE) Substrates. Da FE-Domänen innerhalb eines weiten Größenbereiches von Nanometern bis Zentimetern mit hoher Genauigkeit geschrieben werden können, ermöglicht die FE-Litho-Methode nicht nur den bottom-up-Nanostrukturaufbau, sondern vermag darüber hinaus auf exzellente Weise den Brückenschlag von der Nano- in die makroskopische Welt im Hinblick auf Integration und Funktionalität zu vollziehen.Lithiumniobat (LiNbO3, LNO) eignet sich dabei besonders als FE-Substrat, da photochemische Reaktionen beliebiger Spezies aus der flüssigen Phase ausschließlich zu Abscheidungen auf die ferroelektrischen Domänenwände führen. Darüber hinaus weisen diese 180°-Domänenwände in LNO eine Breite von unter 10 nm auf, wodurch die Deposition auf ein klar abgegrenztes Nanogebiet beschränkt wird.Das erste Ziel dieses Projektes ist daher die Ausnutzung dieser anspruchsvollen FE-Litho-Technik zum Aufbau funktionaler Nanobauelemente wie z.B. Feldeffekttransistoren, biologischer Diagnoseeinheiten und koaxialer Nanokabel aus Bausteinen wie Kohlenstoffnanoröhren (CNT), DNA-Molekülen und Edelmetallnanodrähten. Unser zweites Ziel ist die tiefgehende Untersuchung der physikalischen und chemischen Triebkräfte dieses DW-Dekorationseffektes auf LNO, welcher gegenwärtig noch nicht vollständig verstanden ist.Um diese Ziele zu erreichen, planen wir den Aufbau eines automatischen FE-Litho-Komplettsystems basierend auf einem Flüssigumgebungs-Rasterkraftmikroskop in Verbindung mit einem invertierten optischen Mikroskop. Dieser Aufbau soll für alle Präparationsschritte (z.B. UV-induziertes Domänenschreiben, photochemische Domänenwanddekoration, Sortierung von CNTs und Abscheidung unter laminarer Strömung) sowie zur in-situ Charakterisierung unter Nutzung spezieller AFM-Techniken wie Leitfähigkeits-, Piezoresponse- und Kelvin-Kraftmikroskopie eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Atomic Force Microscope and Microscope objective
• Gerätegruppe: 5091 Rasterkraft-Mikroskope