Currently nanoscience and -technology is dominated
by basic resaerch. Because of that and also for the future
implementation of research results into corresponding technologies and
prototypes and last but not least for the interdisciplinary education
of the future scientists and engineers an extensive infrasturucture in
the areas of material production, nanostructuring and especially
nanoanalytics is necessary. Because of the growth of the nano-network
in linz through many years important infrastructural measures could be
taken during the last decade, which are necessary for successful
international operation in this area. In the following the current
status of the nanoscience and -technology infrastructure will be
presented.
Technical Service Institution (Technische Service Einrichtung
(TSE)) of the natural science faculty
The Technical Service Institutuion of the faculty of natural sciences is
directly responsible to the senate of the Johannes Kepler University
as a central Institution since the mid 90ies. Its goal is to acquire,
maintain and partly also the operation (with its own employees) of
conjointly used larger equipment and service facilities.
A large part of the pool of equipment of the TSE is useable to analyze
nanostructures, e.g. the electron and nuclear spin resonance machines,
the scanning electron microscopes, the only ion-implater at an
Austrian university, x-ray diffractometer etc.. Furthermore the
He-liquefaction plant is used by many institutes of the Physics and
Chemistry departments.
Ende der neunziger Jahre wurde im Rahmen des Investitionsprojektes
Mikro- und Nanotechnologie der TNF ein
Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM) beschafft und mit
zusätzlichen Mitteln des Landes und aus den Universitäts-
und Forschungssondermitteln des Jahres 2001 (sogenannte
Universitäts- bzw. Forschungsmilliarde) ausgebaut und in die TSE
eingeglieder. Mit dem bereits vorhandenen Rasterelektronenmikroskop
mit Mikrosonde steht damit an der TSE eine vollständig
eingerichtetes Elektronenmikroskopielabor zur
Verfügung. Entsprechend vielfältig ist auch der Kundenkreis,
der nicht nur die TNF-Institute sondern auch Kooperation mit
österreichischen Firmen umfaßt.
Reinräume
Anfang der neunziger Jahre wurde das Institut für Halbleiterphysik
in Linz geschaffen und als wesentliche Infrastrukturmaßnahme mit einem
ca. 200 mē großen Reinraum ausgestattet. Neben dem später
dazugekommenen Reinraum der Festkörperelektronik an der TU Wien
ist dies der einzige voll ausgestattete Reinraum an einer
österreichischen Universität. Der Reinraum des Instituts
für Halbleiterphysik enthält alle Einrichtungen zur
Abscheidung von Halbleiterheterostrukturen
(Molekularstrahlepitaxieanlagen für Gruppe-IV-, IV-VI- und
II-V-Halbleiterheterostrukturen), zur Strukturierung im
Nanometer-Maßstab (optische und Elektronenstrahllithographie,
Reaktives Ionenätzen) und zur Herstellung von
Prototyp-Bauelementen (Metallisierung, Abscheidung von Dielektrika,
Rapid-Thermal-Annealing, Bonder). Darüber hinaus sind
On-Wafer-Meßeinrichtungen (Parameter-Analyzer, L-R-C-Brücke)
vorhanden, mit denen die Bauelemente nach jedem Prozeßschritt
elektrisch charakterisiert werden können.
Neben dem Reinraum der Halbleiterphysik gibt es auch noch einen
kleineren Reinraum am Institut für Mikroelektronik des
Fachbereichs Mechatronik, der ebenfalls über Abscheide- und
Strukturierungseinrichtungen für die Herstellung von
Hochfrequenzbauelementen auf der Basis von III-V-Halbleitern
verfügt.
Den Reinräumen an der Johannes Kepler Universität kommt
österreichweit eine Schlüsselstellung in Forschung und Lehre
zu.
Laserlabor
Laserbearbeitungsverfahren haben sich in den letzten
30 Jahren in vielen Bereichen der Industrie und Medizin einen festen
Platz erobert. Durch Reduzierung der verwendeten Wellenlängen und
durch den Einsatz laserinduzierter chemischer und chemo-thermischer
Effekte lassen sich so heute auch Strukturen mit lateralen Dimensionen
von ca. 100 nm herstellen. Daneben lassen sich durch Laserablation
dünne Schichten mit speziellen Eigenschaften abscheiden, in die
dann z.B. Nanopartikel eingebettet werden können. Die
Voraussetzung für derartige Forschungsaktivitäten wurde in
Linz durch die Einrichtung eines Laserlabors mit kurwelligen,
gepulsten Exzimerlasern in den neunziger Jahren geschaffen.
Investitionsprojekt Mikro- und Nanotechnologie der TNF
Ende der neunziger Jahre wurde in der
TNF-Fakultät das Investitionsprojekt Mikro- und Nanotechnologie
nach UOG 93 geschaffen. Von einem Konsortium aus mehreren Instituten
aus den Fachbereichen Physik, Chemie und Mechatronik wurde ein
Dreijahresprogramm entwickelt, das neben der Stärkung der
Infrastruktur auch einen Post-Doc-Pool zur verstärkten
Aktivierung interdisziplinärer Forschung auf dem Gebiet der
Mikro- und Nanotechnologien vorsah.
Das Projekt wurdezwischenzeitlich zumindest teilweise hinsichtlich
seines Investitionsanteils umgesetzt. Mit Mitteln des
Forschungsministeriums, des Landes Oberösterreich und aus Mitteln
der Forschungs- und Universitätsmilliarden wurde das in der TSE
angesiedelte Transmissions-Elektronenmikroskopielabor (siehe oben
unter TSE) und die zugehörigen Präparationseinrichtungen
realisiert. Daneben wurden weitere Geräte der Nanoanalytik
beschafft, die jeweils Kooperationsvorhaben von wenigsten zwei
Instituten zugute kommen. Insgesamt wurden im Rahmen dieses Projektes
mehr als 1.2 Mio. direkt in den Ausbau der Nanoscience and
-technology-Infrastruktur investiert.
Nanoanalytik
Bei der Einwerbung von Mitteln aus der vom Bund
2001 ausgeschriebenen, sogenannten Universitätsmilliarde war die
TNF-Fakultät österreichweit besonders erfolgreich. Ein
beträchtlicher Teil der nach Linz vergebenen Mittel kam dabei der
Nanoanalytik zugute. So wurden Mittel in Höhe von etwa 1.5 Mio.
für die Laborerneuerung und den Ausbau der Nanotechnologie im
Bereich der Halbleiter- und
Festkörperphysik investiert, ca.0.4 Mio. flossen in das
o.a. Investitionsprojekt Mikro- und Nanotechnologie, und ein
ähnlicher Betrag wurde in der Oberflächenphysik
für das erste PEEM-System (Photoemissions-Elektronenmikroskopie)
in Österreich und eine Niederenergie-Ionenstreuapparatur (LEIS)
investiert.
Mit diesen Mitteln wurde gezielt die Nanoanalytik ausgebaut, die
bereits zuvor eine in Österreich herausragende Stellung besaß. So
befinden sich zahlreiche Analytikeinrichtungen über die hier
aufgeführten, gemeinsam nutzbaren Geräte hinaus an den
einzelnen Instituten und Abteilungen. Dazu gehören sicher die
Rastersondenmikroskope, die inzwischen mehrfach in
z.T. spezialisierten Ausführungen in den Bereichen Angewandte
Physik, Atom- und Oberflächenphysik, Biophysik, und
Halbleiterphysik vorhanden sind. Andere Analytikmethoden betreffen die
optischen Eigenschaften von Nanosystemen, die mit verschiedenen
hochauflösenden Spektrometern an mehreren Instituten untersucht
werden oder die elektronischen Eigenschaften, die z.B. durch
Transportuntersuchungen bei tiefen Temperaturen und bei hohen
Magnetfeldern vermessen werden können.
CD-Laboratorien
Im Bereich Nanoscience and -technology wurden in
den vergangenen Jahren zwei Laboratorien der
Christian-Doppler-Gesellschaft eingerichtet ( CD-Labors),
die wegen ihrer obligatorischen Industriebeteiligung für
besondere Anwendungsnähe stehen.
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CD-Labor
"Organische Solarzellen" in der Physikalischen Chemie
Das CD-Labor
Organische Solarzellen wird vom Institut
für Physikalische
Chemie (Prof. Sariciftci) und der Firma Konarka Austria betrieben. Es
befaßt sich mit der Verwendung
von Polymerfilmen für die
Herstellung großflächiger, preisgünstiger
Plastik-Solarzellen. In das Projekt fließen vielfältige
Erkenntnisse der Nanowissenschaften ein. So werden die Solarzellen mit
Nanopartikeln als wesentliche Funktionsgruppen des
schnellen
Ladungstransfers dotiert. Der Synthese derartiger Nanopartikel,
beispielsweise aus InCuSe2, kommt daher eine
wesentliche Bedeutung
zu.
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CD-Labor "Oberflächenoptische Methoden" in der
Festkörperphysik
Das CD-Labor
Oberflächenoptische Methoden wird vom Institut für
Festkörperphysik (Doz. Hingerl) und der Firma Photeon aus
Vorarlberg betrieben. Es befaßt sich mit der Simulation und
Demonstration sogenannter Photonischer Kristalle. Das sind periodische
Modulationen der optischen Eigenschaften eines
Festkörpers oder
Polymers, die zu neuartigen optischen Eigenschaften
führen. ähnlich wie in einem herkömmlichen Kristall
entstehen Energie- bzw. Wellenlängenbereiche, in denen sich das
Licht nicht ausbreiten kann. Aus Photonischen Kristallen
lassen sich
so beispielsweise Lichtwellenleiter, energiedispersive Strahlteiler
und ähnliche Komponenten auf kleinstem
Raum realisieren, wie
sie beispielsweise für integrierte Optik auf einem Halbleiterchip
oder für optische Multiplexer
benötigt werden. Die dazu
nötigen Strukturgrößen liegen im Bereich einiger 100 nm,
wobei aber hohe Anforderungen an die
Maßhaltigkeit der
Strukturbreiten und an die Positioniergenauigkeit gestellt
werden. Für die Herstellung der Prototypen
werden daher die am
Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik vorhandenen
Elektronenstrahllithographie und andere
Reinraumeinrichtungen
eingesetzt.
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