Reaktive Verdampferanlage für Oxide und Nitride

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466658236

Stöchiometrische Dünnschichten und Heterostrukturen verschiedenster (Übergangs-/Halb-) Metall- und Seltenerdoxide und -nitride sind essentiell für die Forschung zu Funktionseigenschaften neuartiger Materialien wie auch zur Realisierung funktionaler Bauelemente und Sensoren. Diese moderne, innovative und flexible reaktive Verdampferanlage zur Prozessierung von bis zu 6“ großen Substraten wird ein zentraler Bestandteil des geplanten Nanotechnologiezentrums der Universität Siegen. Das Zentrum wird die Anlagen des Reinraums betreiben und sie einem großen Nutzerkreis der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät zur Verfügung stellen. In Planung ist die Errichtung eines landesgeförderten Forschungsneubaus mit ISO 4-Reinraum bis Ende 2023. Die Universität verfolgt dabei die Strategie, die technologische Infrastruktur für die Bauelement- und Materialentwicklung am Zentrum für Sensorsysteme ZESS sowie am Center for Innovative Materials (Cm) und am Center for Micro- and Nanochemistry and Engineering (Cµ) mit der Charakterisierung am DFG-geförderten Mikro- und Nano¬analytik-zentrum MNaF und der biomedizinischen Sensorforschung unter diesem Dach zusammenzuführen.Ziele sind es, die Anlage nachhaltig und optimal zu betreiben und Prozesse, zum Beispiel der Qualitätssicherung bei der Schichtherstellung, zu optimieren. Die unmittelbare räumliche Nähe ermöglicht zudem den systematischen Ausbau der hochaktuellen, wenn auch herausfordernden interdisziplinären Forschung an empfindlichen oder reaktiven Werkstoffen, zum Beispiel für neue Energietechnologien. Hierzu muss die Prozesskette von der Materialherstellung über die Charakterisierung bis zu dessen Einsatz unter (kryogenen) Vakuumbedingungen mittels einem entsprechenden Transfermodul ablaufen. Die Verdampferanlage wird vorrangig zur Abscheidung keramischer Dünnschichten und Heterostrukturen mit definierten Eigenschaften eingesetzt. Diese dienen der Entwicklung komplexer Sensoren und elektrochemischer Bauelemente, der Grundlagenforschung an neuen Funktionseigenschaften und der Realisierung von MEMS-Chips für nanoskopische in situ Studien am MNaF. Das vielfältige Anwendungsspektrum umfasst optische Sensoren auf der Basis von 2D Halbleitern, Biosensoren, Solarzellen sowie anwendungs-orientierte Fragen zur Ionendiffusion und Phasenstabilität z.B. in keramischen Brennstoffzellen. Darüber hinaus wird die Anlage in der Grundlagenforschung zur Spin-Orbitronik und zu laserangeregten Oberflächenplasmen eingesetzt.Die Depositionsanlage ist mit zwei Elektronenstrahlverdampfern, einer Plasmaquelle zur Substratreinigung und zur reaktiven Abscheidung stöchiometrischer Schichten sowie mit einer Substratheizung ausgerüstet. Um die Untersuchung reaktiver Proben zu ermöglichen bzw. abgeschiedene Proben unter Ausschluss von feuchter Umgebungsluft in andere Anlagen zu transferieren, verfügt sie darüber hinaus über eine Hochvakuumschleuse; der notwendige (Cryo-)Vakuum-Transferkoffer ist Bestandteil eines weiteren Antrags.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Reaktive Verdampferanlage für Oxide und Nitride
• Gerätegruppe: 8380 Schichtdickenmeßgeräte, Verdampfungs- und Steuergeräte (für Vakuumbedampfung, außer 833)
• Antragstellende Institution: Universität Siegen
• Leiter: Professor Dr. Benjamin Butz