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Mikrosystem- und Nanotechnologie

Wissenschaftliches Profil

Die Arbeitsgruppe Mikrosystem- und Nanotechnologie hat ihren Entwicklungsschwerpunkt in innovativen mikro- und nanotechnologischen Verfahren und Prozessen zur Realisierung hochintegrierter multilagiger Struktur- und Funktionselemente für  unterschiedliche Sensorkonzepte, zur Erforschung von Methoden zur Herstellung plasmonischer Nanomaterialien für biophotonische Anwendungen sowie mikro- und nanooptischer Bauelemente. Sie zeichnet verantwortlich für die Präparation und Bereitstellung mikrofluidischer Chip-Bauelemente auf Basis von Glas (Borofloat) und/oder Silizium oder Quarzglas.

Erreichen die Abmaße von Materialien und Strukturen wenige tausend Atome, weisen die Materialien völlig neue physikalische Eigenschaften auf. Diese wiederum können genutzt werden, um neuartige Sensoren mit unerreichten Sensitivitäten zu realisieren. Die Umsetzung der physikalischen Vorgaben in nanoskopische Sensorkonzepte ist einer der Schwerpunkte der Gruppe, die dafür eng mit IPHT-internen und externen Forschergruppen zusammenarbeitet. 

Technologisch gründen sich diese Aktivitäten auf eine eng verzahnte Kombination von Dünnschichttechnologie für metallische und dielektrische Materialien, Mikrosystemtechnik und Nanolithographie. Die Expertise der Gruppe  liegt vor allem in der Strukturierung komplexer mikro- und nanoskaliger Strukturen auf Waferlevel, von Prototypen bis zu Kleinstserien.

Bolometerarrays für die THz-Detektion und Bildgebung
Top-down-Nanostrukturierung auf Waferlevel: Plasmonische Substrate für die oberflächenverstärkte Molekülspektroskopie (SERS, SEIRA) auf 4“ Wafer
Abbildende Beugungsgitter für spektroskopische Systementwicklungen (4“ Wafer)

Forschungsthemen

  • Top-down-Nanostrukturierung auf Waferlevel 
  • Atomlagenabscheidung von Oxiden, Nitriden und ultradünnen Schichtstapeln
  • Metallische Nanostrukturen und optische Metamaterialien für die ultrasensitive Molekülspektroskopie 
  • Metasurfacesauf Endflächen optischer Fasern
  • MEMS-Bolometertechnologien für passive THz-Sensorik
  • Multilagentechnologien für supraleitende Detektoren
  • Ultradünne Einzelphotonendetektoren auf Basis von ALD - NbN
  • Realisierung mikrofabrizierter makroskopischer Quantenobjekte (QuBit)
  • Optische Gitter, diffraktive Elemente, photonische Kristalle, planare Wellenleiter
  • Technologie- und Prozess-Entwicklung für mikrofluidische Bauelemente
  • DEP-Elektroden für mikrofluidische Raman-Lab-on-a-Chip-Systeme   

Die Arbeitsgruppe forscht stetig an neuen innovativen mikro- und nanotechnologischen Verfahren und Prozessen zur Realisierung hochintegrierter multilagiger Struktur- und Funktionselemente für unterschiedlichste Sensorkonzepte. Die Arbeiten erfolgen zumeist spezifisch und in enger inhaltlicher Abstimmung mit anderen Gruppen und Abteilungen im Leibniz-IPHT.

Ultradünne Einzelphotonendetektoren auf Basis von ALD - NbN
Festkörper-Quantenbits und supraleitende Quantendetektoren
Mikrofluidische Lab-on-a-chip-Systeme

Adressierte Anwendungsfeder

Der Schwerpunkt der Anwendungsfelder liegt vor allem im Bereich der optischen Sensorik. Eine Herausforderung liegt hierbei in der Herstellung nanoskopischer Strukturen, welche mit hoher Integrationsdichte auf sehr großen Flächen homogen herzustellen sind.

  • Oberflächenverstärkte Molekülspektroskopie: Chipbasierte plasmonische Substrate für SERS und SEIRA
  • Raman-Spektroskopie: Energieauflösende Einzelphotonendetektion im sichtbaren Spektralbereich
  • Sicherheitstechnik und Astronomie: THz-Detektion und Bildgebung 
  • Magnetfelddetektion: Supraleitende Quantendetektoren und Flussquantenelektronik
  • Grundlagenforschung: Festkörper-Quantenbits
  • Mikrofluidische Bauelemente: Tropfen-Erzeuger, Mischer, Küvetten, Sorter, Flow-Sensoren
  • Spektroskopische Systementwicklungen: Diffraktiv optische Elemente (DOE) und abbildende Beugungsgitter 
  • Mikroskopie: Nanoskalige Kalibierobjekte
  • Kundenspezifische Entwicklungen für Forschungs- und Industriepartner
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