Peter Grünberg Institut (PGI)

JARA-Institut Energy-Efficient Information Technology (PGI-10)

Nanocluster

Wir begannen 2013 mit dem Aufbau des Nanoclusters von Grund auf, wobei wir uns ein vielseitiges Werkzeug für die Multimaterialabscheidung und -analyse vorstellten, und erweiterten es im Laufe der Zeit. Heute ist der Nanocluster einer der größten Multimaterial-Beschichtungscluster der Welt und umfasst 17 miteinander verbundene Werkzeuge für Molekularstrahlepitaxie (MBE), Atomlagenabscheidung (ALD) und Materialsputtern. Der Nanocluster wird auch in großem Umfang für interne und externe Kooperationen sowie für die Bereitstellung einer Vielzahl von Dienstleistungen genutzt.

Sie ermöglicht die Herstellung einzigartiger Kombinationen einer breiten Palette von Materialsystemen, einschließlich III-V- und II-VI-Halbleitern, Metallen und Supraleitern, Phasenwechselmaterialien, Oxiden und topologischen Isolatoren. Zu den Strukturen gehören z. B. Core/Shell-Nanodrähte, supraleiter-/TI-basierte Chips und In-situ-FET-Bauelemente. Darüber hinaus ermöglichte unser Konzept der miteinander verbundenen Kammern unter Verwendung von Ultrahochvakuum-Transferleitungen die Installation mehrerer In-situ-Materialcharakterisierungstechniken, wie z. B. eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) mit integriertem fokussiertem Ionenstrahl (FIB) und eines Rastertunnelmikroskops (STM).

Installation of the Thermal Laser Epitaxy (TLE)

TDie thermische Laserepitaxie (TLE) ist eine brandneue und hochmoderne Technik für das Wachstum von Dünnschichten für Anwendungen in elektronischen Schaltkreisen für die nächste Generation von elektronischen Geräten. Bei der TLE werden intensive und stark fokussierte Laser eingesetzt, um die Oberfläche eines freistehenden Zylinders aus reinem elementarem Material, wie Silizium oder Tantal, lokal zu erhitzen. Der Laser erhitzt einen kleinen Teil der Quelle auf so hohe Temperaturen, dass das Ausgangsmaterial in Gasform übergeht, während der Rest der Quelle fest bleibt. Dieses gasförmige Material wird dann auf einem Substrat wie Saphir oder Silizium als dünner Film abgeschieden, der dann in elektronischen Geräten verwendet werden kann.

Ein wichtiges Thema in der modernen Elektronik ist die Reinheit des Materials, das zur Herstellung des Schaltkreises verwendet wird: Jede Verunreinigung der dünnen Schichten, aus denen das Gerät besteht, könnte seine Funktion erheblich verändern oder empfindliche Quanteneffekte, die man zu messen versucht, aufheben. Die TLE hat in dieser Hinsicht den Vorteil, dass keine indirekte Erwärmung durch externe Tiegel erforderlich ist, so dass es keine Probleme mit Verunreinigungen gibt. TLE hat auch eine unvergleichliche Anwendbarkeit, da es jedes feste, nicht radioaktive Element aus dem gesamten Periodensystem abscheiden kann. Das Substrat selbst wird mit einem Laser erhitzt, so dass Temperaturen von über 2000 °C leicht erreicht werden können. Dies ermöglicht die Herstellung verschiedener kristalliner Verbindungen, die normalerweise nur sehr schwer als dünne Schichten hergestellt werden können.
Am FZJ freuen wir uns auf die Anwendung von TLE auf dem Gebiet der Quanteninformatik und hoffen, dass diese Technik dazu beitragen wird, einige der materiellen Probleme zu lösen, vor denen dieses Gebiet heute steht.