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Beschichtungsanlage: Sputter-Anlage für die Kombinatorische
Material-Forschung
Foto: caesar / Bernd Vogel
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"Innovative High-Tech-Produkte wie Computer,
mobile Kommunikationsgeräte oder Sensoreinheiten für die Automobil-
und Umwelttechnik müssen immer mehr Funktionen auf immer engerem Raum
integrieren", erläutert Dr. Alfred Ludwig, Leiter der Arbeitsgruppe
und Juniorprofessor an der Ruhr-Universität Bochum. Um den daraus
resultierenden kontinuierlichen Bedarf an neuen Werkstoffen zu
befriedigen, stellt die Gruppe mit Hilfe kombinatorischer
Beschichtungstechniken Materialbibliotheken her: In einem einzigen
Experiment werden auf einem Silizium-Wafer hunderte verschiedener
Materialien erzeugt. Zur Auswertung dieser Materialbibliotheken werden
automatisierte Hochdurchsatz-Verfahren eingesetzt, mit denen pro Tag
mehrere hundert Proben parallel oder sequentiell untersucht werden
können. Die Chance, interessante Varianten oder auch unerwartete
Effekte zu entdecken, ist so besonders hoch.
Für ihre Forschungsarbeiten hat die Gruppe eine spezielle Anlage
konzipiert und bauen lassen, die europaweit einmalig ist. Unter extrem
sauberen Ausgangsbedingungen (Ultrahochvakuum) erfolgt die
Beschichtung der Wafer mit den unterschiedlichen Materialien durch den
Einsatz kombinatorischer Sputter-Technologien.
In-situ-Maskierungsverfahren ermöglichen sogar die Herstellung
kompletter Bauteile, ohne das Vakuum zu brechen. "Eine Besonderheit
des Systems liegt darin, dass alle Arbeitsschritte computergesteuert
sind. Jedes Experiment ist bis ins letzte Detail wiederholbar", so
Ludwig.
Außerdem arbeiten die Forscher mit einer einzigartigen Technologie, um
nach dringend benötigten neuen Werkstoffen für die
Wasserstoffspeicherung zu suchen. Im caesar-Reinraum werden mit
Mikrostrukturierungsverfahren spezielle Biegebalken-Anordnungen
hergestellt, die anschließend kombinatorisch beschichtet werden. In
einer eigens entwickelten Apparatur werden die Balken mit Wasserstoff
beladen (bis zu 50 bar, 450°C) und beobachtet. Sobald einer dieser
Balken Wasserstoff aufnimmt, zeigt er eine Biegung. Um diese Biegungen
parallel zu messen, werden die Balken durch eine Laseroptik
angestrahlt. Durch die Art und Weise, wie das Licht des Lasers
reflektiert wird, lässt sich bestimmen, wo Wasserstoff aufgenommen
wurde. Anwendungsfeld ist hier neben der Gassensorik vor allem der
Bereich wasserstoffbetriebener Autos (Brennstoffzelle).
Kooperationen mit der Wirtschaft werden von Anfang an in die Forschung
einbezogen, außerdem sind die Wissenschaftler immer für neue Projekte
offen: "Wenn beispielsweise ein Unternehmen im Rahmen seiner
Forschungs- und Entwicklungsarbeit ein spezielles Material benötigt,
können wir die entsprechenden Arbeiten durchführen", meint Ludwig.
"Besonders interessant sind Projekte, in denen es um Materialien mit
Energiewandlungsfunktionen geht".
Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced
european studies and research) hat 1999 die Arbeit aufgenommen. Mit
inzwischen über 220 Mitarbeitern forschen interdisziplinäre Teams in
den Bereichen Materialwissenschaften/Nanotechnologie, Biotechnologie
und Medizintechnik. Forschung und industrielle Anwendung gehen Hand in
Hand: caesar entwickelt innovative Produkte und Verfahren und
unterstützt die Wissenschaftler bei Firmenausgründungen.
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