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Mikro- und Nanotechnologien

Mit modernsten Lithographietechniken und Methoden der Selbstorganisation werden komplexe funktionelle Mikro- und Nanostrukturen für Detektoren, plasmonische Strukturen, mikrofluidische Lab-on-a-Chip-Systeme, mikro- und nanooptische Bauelemente und photonische Systeme erforscht und hergestellt.

Resistbeschichtung in der Photolithographie
Vom Siliziumsubstrat bis zum strukturierten Wafer
Membranwafer

Nanolithographie auf Waferlevel: die Elektronenstrahl-Charakterprojektion

Chipbasierte plasmonisch aktive Oberflächen für bio- und chemosensorische Anwendungen bestehen aus künstlich hergestellten, meist periodischen Metallstrukturen. Die Größe der Strukturen liegt weit unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Oft sind sie kleiner als 100 Nanometer und weisen Gitterperioden bis hinab zu 100 Nanometer auf. Die am Beutenberg Campus verfügbare Elektronenstrahlbelichtungsanlage Vistec SB 350 OS, gemeinsam genutzt durch das Fraunhofer Institut IOF (Anlagenstandort), das Institut für Angewandte Physik der Universität Jena und dem Leibniz-IPHT, arbeitet nach dem Prinzip des „variablen Formstrahls“. Sie ist zudem um eine in der Forschungslandschaft nahezu einzigartige Technik, die Charakterprojektion, erweitert.

100mm Wafer mit SERS-Strukturen
Gold-Bowties auf Si als Templates für TopUp-SERS
Spurendetektion verbotener Substanzen in Lebensmitteln mittels SERS-Substraten

Atomlagenabscheidung: Schicht für Schicht zur Funktion

Sie sind integraler Bestandteil hochempfindlicher Temperatursensoren und neuer ultraschneller Einzelphotonendetektoren oder dienen als Schutzschichten für Nanostrukturen: wenige Nanometer dünne Schichten aus Aluminiumnitrid, Niobnitrid, Aluminiumoxid, Titandioxid oder Siliziumdioxid. Mit der Atomlagenabscheidung (ALD, engl.: Atomic layer deposition) gelingt es die hauchdünnen Schichten gleichmäßig und nahezu defektfrei auf Oberflächen abzuscheiden.

Supraleitende Niobnitrid-Spule erzeugt durch ALD / Elektronenstrahllithographie
Konforme ALD Multilayer
Silber-Siliziumdioxid Hybridstruktur, hergestellt durch metastabile ALD

Mit Nanotechnologie zu Siliziumnanostrukturen

Top-down oder Bottom-up Verfahren ermöglichen es nanoskaliges Silizium herzustellen, dessen chemisch-physikalische Eigenschaften sich von denen des makroskopischen Feststoffs unterscheidet. Mit den am Leibniz-IPHT etablierten Technologien zur Herstellung von Siliziumnanodrähten erschließen sich neue Anwendung jenseits der Photovoltaik. Das Einsatzspektrum reicht von biophotonischen Nanostrukturen für die Bereiche Medizin und Gesundheitstechnologie bis hin zu neuen Sensor- und Detektormaterialien für die Grundlagenforschung. Zur Herstellung von einheitlich strukturierten Nanodraht-Arrays, Nanopartikeln und dichten Teppichen aus einkristallinen Siliziumdrähten stehen am Leibniz-IPHT moderne nano- und mikrotechnologische Verfahren zur Verfügung.

Mikrofluidik: Das Labor der Zukunft auf einem Chip

Die Mikrofluidik bietet vielfältige technologische Lösungen für die Kombination moderner spektroskopischer und optischer Verfahren mit einer kompakten Chip-Plattform. Diese mikrofluidischen Lab-on-a-Chip Systeme (LOC) ergänzen zeit- und kostenaufwändige Routine- Laborverfahren und sichern die Vor-Ort- Analytik und Diagnostik unabhängig von einer speziellen Laborinfrastruktur.

Nanoplasmonik: Metallnanopartikel in allen Formen und Farben

Mit maßgeschneiderten metallischen Nanopartikeln können Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen heute die Wechselwirkung mit Licht und die Position der lokalisierten Oberflächenplasmonen genau kontrollieren. Als optische Markierung für Biomoleküle, Signalwandler in der Sensorik oder optische Antennen eignen sich die plasmonisch aktiven Nanopartikel zur Lösung bioanalytischer Fragestellungen.

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