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2D-Materialien sind aus einzelnen Atomlagen aufgebaut und sollen ungeahnte Anwendungen für Mikroelektronik und Elektroniksysteme erschließen. Um sie zu erforschen, bekommt die RUB ein Clustertool, das unterschiedliche Prozesse in einer Vakuumanlage vereint und so einzigartige Prozessabläufe für 2D-Materialien ermöglicht. Das Labor namens „Pict2Des“ ist eines von zwölf in Deutschland, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert. Rund 4 Millionen Euro fließen dafür an die RUB. Am 5. Februar 2019 findet das Kickoff des Projekts in Aachen statt. Im Sommer 2020 soll das Labor in Betrieb gehen.

Vorteile und Herausforderungen dünner Schichten

Aus einzelnen Atomlagen aufgebaute und nanostrukturierte Materialien erlauben neue Bauelemente für Mikro- und Optoelektronik sowie Sensoren der Zukunft. Ihre Vorteile sind vielfältig: Indem man solche dünnen Schichten zum Beispiel auf Folien aufbringt, kann man elektronische Bauteile flexibel machen. Da die Schichten so dünn sind, wird darüber hinaus bei ihrer Herstellung kaum Material verbraucht, ein wesentlicher Beitrag zur Ressourceneffizienz.

Das Projektteam an der RUB: Anjana Devi, Peter Awakovicz, Julian Schulze, Claudia Bock und Martin Hoffmann (von links)

© RUB, Marquard

„Die geringe Dicke zweidimensionaler Schichten ist aber auch eine Herausforderung“, sagt Prof. Dr. Martin Hoffmann vom Lehrstuhl für Mikroelektronik, der das Labor an der RUB koordiniert. „Solche dünnen Schichten reagieren mit allem, deswegen muss man sie nach dem Aufbringen sofort durch weitere Schichten schützen. Um die Funktionsschicht dann zu bearbeiten und etwa zu strukturieren, muss die Schutzschicht wieder geöffnet werden – natürlich ohne die darunter liegende Schicht zu verletzen.“

Träger wandern von einer Kammer in die andere

Die an der RUB geplante Anlage besteht daher aus fünf Vakuumkammern, die sternförmig um einen Roboter herum angeordnet sind. Zwei von ihnen dienen der Beschichtung mit 2D-Materialien, eine dazu, Schutzschichten darauf aufzubringen, und zwei weitere zum zielgenauen Ätzen von Nanostrukturen. „Die Substrate wandern im Vakuum von einer Kammer in die andere“, beschreibt Martin Hoffmann.