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Technologische Infrastruktur

Die Aufgaben des Themenbereichs Nanometrologie werden in der PTB abteilungsübergreifend bearbeitet. Sowohl für die Fertigung als auch die Charakterisierung von Nanostrukturen sind besondere Anforderungen an die technische Infrastruktur erforderlich, nämlich Vermeidung von Kontaminationen und Stabilität hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Schwingungen. Zu den zentralen Einrichtungen der vom Themenbereich Nanometrologie genutzten technologischen Infrastruktur gehören: Das Reinraumzentrum (Braunschweig), das LENA (Braunschweig) und Laboratorien am Speicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) sowie die PTB-eigene Metrology Light Source (MLS). Darüber hinaus wird derzeit ein neues Forschungszentrum in Braunschweig geplant.

Das Reinraumzentrum (BS)
Das Reinraumzentrum (BS)

Das Reinraumzentrum in Braunschweig

Das Reinraumzentrum in Braunschweig besitzt einen zentral gelegenen 800 m2 großen Reinraum der Klasse ISO 5. Zusätzlich zu einer weitgehenden Partikelfreiheit der Raumluft werden in diesem Bereich Vibrationsarmut, ein niedriger Geräuschpegel und stabile Klimabedingungen (Temperatur und Feuchte) realisiert. Neben der besonderen Gebäudetechnik ist eine zentrale Technologie für die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen eingerichtet worden. Mit verschiedenen Elektronenstrahl- und optischen Lithografiesystemen lassen sich kleinste Strukturen direkt schreiben oder Masken und Wafer mit Strukturbreiten bis herab zu 10 nm herstellen. Daneben stehen Beschichtungsanlagen für verschiedene normal- und supraleitende Metalle, Halbleiter und Isolatoren zur Verfügung. Für die laterale Strukturierung werden verschiedene Ätzverfahren und Lift-off-Techniken eingesetzt. Zur Analyse der Mikro- und Nanostrukturen werden u. a. hochauflösende Rasterelektronenmikroskope sowie Rasterkraftmikroskope verwendet.

Der Speicherring Bessy II (B)
Der Speicherring Bessy II (B)

Laboratorien im Speicherring Bessy II in Berlin

Die PTB verwendet bereits seit 40 Jahren Synchrotronstrahlung für ihre metrologischen Aufgaben. Die Fachbereiche 7.1 Radiometrie mit Synchrotronstrahlung und 7.2 Röntgenmesstechnik mit Synchrotronstrahlung unterhalten und nutzen dazu in Berlin-Adlershof ein Laboratorium am Speicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) sowie die PTB-eigene Metrology Light Source (MLS).

Das LENA (BS)
Das LENA (BS)

Das LENA in Braunschweig

Im Forschungsneubau LENA wurde 2019 der Betrieb aufgenommen. In der Kombination aus einem Büro- (1156 m2) und einem Laborgebäude (1418 m2) arbeiten Forschende der TU Braunschweig aus den Bereichen Elektrotechnik, Physik, Chemie und Maschinenbau mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der PTB in enger Kooperation interdisziplinär zusammen. Das Ziel ist es, international anerkannte und exzellente wissenschaftliche Leistungen im Bereich von Nanometrologie und begleitender Grundlagenforschung zu erbringen. Das LENA verfügt über drei Reinräume der Klassen ISO 6 und ISO 7, deren Temperaturstabilität die Anforderungen für moderne Forschungsarbeiten erfüllen, sowie über 20 weitere Labore für die Herstellung und Charakterisierung nanoskaliger Proben. Mit insgesamt elf neuartigen Großgeräten bietet das LENA eine komplementäre Erweiterung des Geräteportfolios der Partner in den Bereichen der Synthese und Analytik von Nanomaterialien und Nanostrukturen für neue nanotechnologische Anwendungen, jeweils abgestützt auf rückgeführte Normale, sowie eine adäquate Theoriebildung für die grundlegenden Mess- und Strukturierungsprozesse.

Das geplante Forschungszentrum (Braunschweig)

Um den steigenden Anforderungen an die Nanometrologie gerecht zu werden, wird basierend auf einer Bedarfsstudie ein neues Forschungszentrum geplant. Es soll mit dem derzeitigen Reinraumzentrum verbunden werden.

Neben diesen zentralen metrologischen Großeinrichtungen verfügt die PTB weiterhin in ihren zahlreichen Fachlaboren über eine ausgewiesene Messinfrastruktur, die ständig weiterentwickelt wird. Auf diese Weise kann die erforderliche metrologische Kontinuinität aufrechterthalten werden.