UHV-Cluster-Anlage für die Abscheidung von Phasenwechselmaterialien, Dielektrika und Metallen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516868198

Im neu eingerichteten Sonderforschungsbereich "Intelligente Materie" an der Universität Münster erforschen Physiker, Chemiker, Biologen und Informatiker Materie, die auf Stimuli reagiert, sich anpasst und Gedächtniseffekte zeigt. Neben schaltbaren Molekülen und weicher Materie werden auch Festkörpermaterialien erforscht. Von besonderer Bedeutung sind dabei die so genannten Phasenwechselmaterialien (PCMs). PCMs enthalten in der Regel Germanium, Antimon, Tellur und oft noch weitere chemische Elemente. Diese Legierungen weisen einen ausgeprägten Kontrast in ihren elektrischen und optischen Eigenschaften zwischen ihrem amorphen und kristallinen Zustand auf. Da optisch oder elektrisch induzierte Übergänge zwischen diesen Zuständen extrem schnell, d. h. innerhalb von Nanosekunden, erfolgen können, eignen sich PCMs hervorragend als Speicher, die in elektronischen und photonischen Geräten eingesetzt werden können. Ihre Integration in Bauteile ist jedoch eine Herausforderung. PCMs müssen unter saubersten Bedingungen abgeschieden werden, da eine Verunreinigung mit Fremdstoffen ihre Eigenschaften erheblich verändert. Darüber hinaus müssen dünne PCM-Filme nach ihrer Abscheidung durch eine dielektrische Deckschicht geschützt werden, um Oxidation zu verhindern und um mechanische Stabilität während der späteren Verwendung zu gewährleisten. Dielektrika werden in den genannten Forschungsprojekten auch für integrierte photonische Komponenten und als Passivierung benötigt. Im Idealfall haben die abgeschiedenen dielektrischen Schichten optimale Eigenschaften wie geringe optische Verluste, geringe Dehnung, hohe Dichte und mechanische Robustheit. Da bei der Ionenstrahlabscheidung im Vergleich zum Magnetronsputtern niedrigere Prozessdrücke möglich und Prozessparameter wie Ionenenergie und -fluss unabhängig einstellbar sind, eignet es sich zur Herstellung hochwertiger optischer Schichten und ist daher eine ideale Technik für die beschriebenen Anwendungen. Metalle werden in Bauelementen als Elektroden, elektrische Wellenleiter, Kontaktflächen und Markierungen für die Elektronenstrahllithografie benötigt. In elektrischen Phasenwechselbauelementen sind hochschmelzende Metalle wie Platin und insbesondere Wolfram nützlich, da sie sich nicht mit dem PCM vermischen. Für die Elektronenstrahlverdampfung von Wolfram ist eine hohe Leistung und eine Kühlung der Kammerwände erforderlich. Ein UHV-Cluster-Tool mit separaten Abscheidekammern für Phasenwechselmaterialien, Dielektrika und Metalle, mit der jeweils am besten geeigneten Abscheidetechnik, erlaubt die Kombination von Materialien für die Herstellung vielfältiger Bauteilstrukturen, ohne die Sauberkeit der Prozesse und somit der resultierenden Proben zu beeinträchtigen. Da diese Abscheidungsanlage im Rahmen der Münster Nanofabrication Facility (MNF) betrieben wird, wird sie einer großen Zahl von Nutzern, innerhalb des SFB "Intelligente Materie" und darüber hinaus, zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: UHV-Cluster-Anlage für die Abscheidung von Phasenwechselmaterialien, Dielektrika und Metallen
• Gerätegruppe: 8310 UHV-Anlagen zur Analytik
• Antragstellende Institution: Universität Münster
• Leiter: Professor Dr. Martin Salinga