Photonik

Die Herstellung von Bauteilen im Nanobereich gestaltet sich jedoch zunehmend komplexer, da das Moore'sche Gesetz an seine Grenzen zu stoßen scheint. Effekte wie der quantenmechanische Tunneleffekt machen es unmöglich, die Größe dieser Bauteile weiter zu reduzieren. Stattdessen soll mit der Erforschung verschiedener Materialien und Technologien wie die vertikale Stapelung von Transistoren (z. B. 3D‑NAND) die Verarbeitungsleistung erzielt werden, die für die Weiterentwicklung dieser Anwendungen erforderlich sind.  

Nanomaterialien für photonische Anwendungen umfassen Dünnfilme, Nanodrähte, Quantenpunkte und andere niederdimensionale Systeme. Die optischen Eigenschaften dieser Materialien hängen von ihrer jeweiligen Größe, ihren Abmessungen und ihrer Kristallinität ab. So kommt es in monokristallinen Materialien beispielsweise zu geringeren plasmonischen Verlusten als in ihren polykristallinen Varianten. Diese Erkenntnisse haben die Herstellung monokristalliner Metallbauteile für die Plasmonik vorangetrieben. 

Für die Untersuchung der strukturellen, chemischen und physikalischen Eigenschaften niederdimensionaler Materialien werden spezialisierte Tools benötigt. Auch für die Herstellung ist eine höhe räumliche Präzision erforderlich. Klassische SEM-Systeme stoßen hierbei an ihre Grenzen, da sie bei niedrigen kV-Werten lediglich eine geringe Auflösung bieten und zu Aufladungseffekten und zu einer strahlinduzierten Beschädigung der Probe führen. Mit Standard-Ga-Ionen-FIBs können Bauteile ab einer Strukturgröße von etwa 50 nm hergestellt werden – zu groß, um die Vorteile der Quantum-Confinement-Effekte nutzen zu können. 

Um diese Herausforderungen zu meistern, werden leistungsfähige Tools mit Möglichkeiten zur Bildgebung von Strukturen unterhalb von 10 nm bei gleichzeitig geringen kV-Werten benötigt. Um die Quantum-Confinement-Effekte nutzen zu können, müssen außerdem Strukturen derselben Längenskalierungen aufgebracht bzw. hergestellt werden. ZEISS Microscopy bietet leistungsfähige korrelative Workflows für die hochpräzise Nanostrukturierung im Bereich unter 10 nm und die Bildgebung von Oberflächen mit hoher Auflösung – ohne Strahlschädigung. STEM-in-SEM-Systeme liefern ebenfalls eine beeindruckende Auflösung bis 0,4 nm. Auch die STEM-Tomografie ist inzwischen in SEM-Systemen verfügbar, wodurch die Lücke zu TEM geschlossen und der Bedienkomfort revolutioniert wird.