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F&E Schwerpunkte / Schwerpunkt: Mikro- und Nanometer-Strukturen

Alternative Ionenstrahlgestützte Strukturierungsprozesse

In der modernen Materialforschung ist eine ausgeprägte Tendenz zu Selbstorganisationsprozessen festzustellen. Die spezifische Herausforderung ist dabei die gezielte Einstellung von Strukturgeometrie, -größe und -orientierung auf der Nanometerskala in einem möglichst einstufigen und effizienten Prozess.

Am IOM werden innerhalb des FuE-Themas „Alternative ionenstrahlgestützte Strukturierungsprozesse“ speziell Selbstorganisationsphänomene bei der niederenergetischen Ionenstrahlerosion von Festkörperoberflächen untersucht. Mit diesem Prozess können unterschiedlichste Nanostrukturen und Muster für eine Vielzahl von technologisch bedeutsamen Materialien (III/V-Halbleiter, Si, Ge, SiO2, CaF2, etc.) realisiert werden. Ursache dieses Selbstorganisationsprozesse ist das Wechselspiel von Oberflächenzerstäubung und damit verbundener Erosion der Oberflächen mit unterschiedlichen atomaren Relaxationsprozessen die parallel stattfinden. Beispielhaft sind in der unteren Abbildung hochgeordnete Linien- und Punktstrukturen in Silizium gezeigt, die in Folge des Beschusses mit Kr+- bzw. Xe+-Ionen entstehen.


Beispiele für Nanostrukturen und Muster auf Si-Oberflächen, die durch Selbstorganisationsprozesse bei der Ionenstrahlerosion mit Kr+- bzw. Xe+-Ionen erzeugt werden.

Durch Verwendung von Breitstrahlionenquellen ist eine massiv parallele und damit kosteneffiziente Nanostrukturierung möglich. Vielversprechende Anwendungen sind in der Optik oder bei Verwendung als Templates für nanostrukturierte funktionale Dünnschichten gegeben.

Aktuelle Untersuchungen konzentrieren sich auf die Aufklärung der Prozessgrundlagen, die Kombination dieser neuartigen Nanostrukturierungsprozesse sowohl mit konventionellen als auch neuen „top down“-Strukturierungstechniken sowie erste Anwendungen für anti-reflektierende optische Oberflächen (siehe auch DFG-Forschergruppe 845).

 

Ausgewählte Publikationen zu diesem Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkt

  • F. Frost, B. Ziberi, A. Schindler, B. Rauschenbach, Surface engineering with ion beams: from self-organized nanostructures to ultra-smooth surfaces, Appl. Phys. A 91 (2008) 551-559.
  • B. Ziberi, F. Frost, M. Tartz, H. Neumann, B. Rauschenbach, Ripple rotation, pattern transitions, and long range ordered dots on silicon by ion beam erosion, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 063102.
  • B. Ziberi, F. Frost, Th. Höche, B. Rauschenbach, Ripple pattern formation on silicon surfaces by low-energy ion-beam erosion: Experiment and theory, Phys. Rev. B 72 (2005) 235310.
  • F. Frost, B. Ziberi, T. Höche, B. Rauschenbach, The shape and ordering of self-organized nanostructures by ion sputtering, Nucl. Instrum. Meth. B 216 (2004) 9-19.

Kontakt

Dr. Frank Frost
    Tel.: +49 (0)341 235-3309, email: frank.frost (at) iom-leipzig (Punkt) de

Dr. Bashkim Ziberi
    Tel.: +49 (0)341 235-3309, email: bashkim.ziberi (at) iom-leipzig (Punkt) de

Siehe auch