Nanofabrikation

Nanofabrikation bezeichnet die Herstellung von Strukturen und Bauelementen mit Merkmalen im Nanometerbereich (typisch 1–100 nm). Sie umfasst top-down- und bottom-up-Ansätze, die darauf abzielen, Eigenschaften zu nutzen, die auf dieser Skala auftreten. Anwendungen finden sich in Elektronik, Optik, Sensorik, Biomedizin und Energie.

Top-down-Verfahren beginnen mit größeren Materialien und reduzieren Strukturen durch Lithografie und Ätzen. Typische Techniken sind Photolithografie, Deep-UV- und EUV-Lithografie, Mikro- oder Nanoimprint, Elektronenstrahllithografie sowie Reaktionsionenätzen wie RIE oder ICP. Diese Ansätze ermöglichen eine präzise Musterung und Integration in laufende Herstellprozesse, stoßen aber bei immer kleineren Strukturen an Kosten- und Defektgrenzen.

Bottom-up-Verfahren bauen Strukturen aus Atomen und Molekülen durch chemische Reaktionen, Selbstorganisation oder epitaktische Wachstumsprozesse. Beispiele sind chemische Synthese, Selbstmontage auf der molekularen Ebene oder das organische und anorganische Selbstassemblieren, sowie MBE- oder VLS-Wachstum von Nanodrähten und Quantenpunkten. Diese Ansätze können hohe Oberflächenqualitäten und neue Funktionen ermöglichen, stellen aber Herausforderungen bei Reproduzierbarkeit und Integration dar.

Typische Materialien umfassen Silizium- und III-V-Halbleiter, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhren, Metallnanopartikel, Nanostrukturen aus Polymern und Quantenpunkte. Charakterisierungstools wie Rasterelektronenmikroskopie (REM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sind zentral für Qualitätskontrolle.

Herausforderungen der Nanofabrikation sind Defektkontrolle, Variabilität, Kosten, Skalierbarkeit und die Integration neuer Prozesse in bestehende Fertigungsstrukturen. Umwelt- und Sicherheitserwägungen sowie der Übergang von Forschung zu Massenfertigung bleiben zentrale Themen.