11 Apr EUV-Quelle im Labormaßstab
Experimente mit laserähnlichem EUV-Licht können meist nur an teuren Großforschungsanlagen betrieben werden. Der Jenaer Forscher Robert Klas hat mit seiner Dissertation nun eine neue und effiziente Methode entwickelt, um laserähnliches EUV-Licht in einer Anlage von der Größe eines Labortischs zu erzeugen. In einer Kooperation der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Helmholtz-Instituts Jena und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entstand nach Angaben der beteiligten Forscher die bislang leistungsstärkste laserähnliche EUV-Quelle im Labormaßstab mit einer Durchschnittsleistung von 10 mW.
Robert Klas hat eine kompakte Hochleistungs-EUV-Quelle entwickelt, die auf einen einzelnen Labortisch passt. Bild: Fraunhofer IOF
Herausforderung EUV-Laserlicht
Mit seiner Arbeit bewegt sich Klas bei Wellenlängen zwischen 10 und 50 nm, also bei extrem ultraviolettem Licht (EUV), das sich nur schwer als Laserlicht erzeugen lässt. Um das Problem zu lösen, nutzt Klas moderne Hochleistungs- Ultrakurzpulslaser, die zur Erzeugung von hohen Harmonischen und damit von
Das Innenleben eines EUV-Lasers: Der Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer wandelt das Laserlicht ins EUV. Bild: Fraunhofer IOF
EUV-Licht eingesetzt werden. Dazu wird der Laser zunächst in ein Edelgas fokussiert. Hierbei werden Elektronen im Gas innerhalb von wenigen Hundert Attosekunden beschleunigt. Aus den beschleunigten Elektronen ergibt sich aufgrund von Rekombination mit ihrem Mutter-Ion anschließend die EUV- Strahlung. Die Herausforderung dabei war, die freigesetzte Strahlung kohärent zu überlagern und sie zu einem Laserstrahl bündeln zu lassen. Durch die korrekte Wahl der Laserparameter sowie Gasdichte ist es dem Forscher gelungen, eine EUV-Strahlung mit laserähnlichen Parametern zu erzeugen.
Für Mikroskopie und Halbleiterfertigung
Über erste Anwendungen für die EUV-Quelle im Labormaßstab berichten die Wissenschaftler bereits: In der Mikroskopie wurde mit einer Belichtungswellenlänge von 13,5nm eine Auflösung von 18nm erreicht. Eine weitere Neuerung: Bei einer EUV-basierten Mikroskopie lassen sich farbige Bilder von einer zu untersuchenden Probe erstellen. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Anteile verschiedener Stoffe wie Kohlenstoff, Lipide und weitere unterscheiden – ein Novum bei einer solch hohen Auflösung, wie Klas unterstreicht. „Irgendwann wollen wir mit diesem Verfahren auch DNA mit etwa 2 nm Durchmesser abbilden können“, so der Forscher.
Weiteres Anwendungspotenzial liegt in der EUV-Lithografie. Denn die herausragenden mikroskopischen Eigenschaften der Quelle können auch auf eine Belichtungsmaske in der Halbleiterfertigung angewandt werden. Verbergen sich Fehler in dieser Maske, werden diese an die damit gefertigten Chips weitergegeben Mittels EUV-Mikroskopie kann die Maske auf Fehler hin untersucht werden.
Auszeichnung mit dem Hugo-Geiger-Preis
Für seine Forschungsarbeit wurde Robert Klas nun mit dem Hugo-Geiger-Preis 2022 für wissenschaftlichen Nachwuchs ausgezeichnet. Der Award wird vom Freistaat Bayern und der Fraunhofer-Gesellschaft an herausragende Nachwuchsforschende vergeben.
Verleihung des Hugo-Geiger-Preises 2022 am 21. März 2023. Von links: Staatssekretär im Bayerischen Wirtschaftsministerium Roland Weigert und Fraunhofer-Vorständin Elisabeth Ewen mit den drei Preisträgern des Hugo-Geiger-Preises: Dr. Agnes Bußmann, Dr. Chiara Lindner und Dr. Robert Klas. Bild: Markus Jürgens/Fraunhofer
EUV – das Licht für das digitale Zeitalter
Mit Licht im EUV- Bereich können aufgrund seiner besonders kurzen Wellenlänge winzige Strukturen hergestellt werden. Wichtig ist das zum Beispiel in der Halbleiterfertigung: Hier lassen sich feinste Schaltkreise auf Mikrochips herstellen. Auf diese Weise können Halbleiter künftig kleiner und zugleich leistungsstärker als je zuvor gebaut werden. Und genau diese Mini-Chips werden für Fortschritte in der Künstlichen Intelligenz oder auch beim Autonomen Fahren benötigt.
Bislang müssen Forschende zur Nutzung von EUV-Anlagen spezielle Forschungszentren, die Synchrotrons, aufsuchen. Oft warten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hier jahrelang auf einen Platz, um am Ende nur wenige Wochen oder gar Tage experimentieren zu können. Forschung und weiterer technologischer Fortschritt, den das EUV-Licht gerade im digitalen Zeitalter verspricht, werden damit massiv erschwert. Genau hier will Klas mit seiner neuen, kompakten EUV-Quelle künftig Abhilfe schaffen.
Über den Hugo-Geiger-Preis
Am 26. März 1949 fand unter der Schirmherrschaft des Staatssekretärs Hugo Geiger im Bayerischen Wirtschaftsministerium die Gründungsversammlung der Fraunhofer-Gesellschaft statt. Aus Anlass des 50-jährigen Bestehens der Fraunhofer-Gesellschaft rief das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie den ‚Hugo-Geiger-Preis für wissenschaftlichen Nachwuchs‘ ins Leben. Der Preis wird jährlich an drei junge Forschende vergeben und würdigt laut den Veranstaltern hervorragende, anwendungsorientierte Promotionsarbeiten, die in enger Kooperation mit einem Institut der Fraunhofer-Gesellschaft angefertigt wurden. Die Einzelpreise sind mit 5000, 3000 und 2000 Euro dotiert. Die Einreichungen bewertet eine Jury mit Vertretungen aus Forschung und Entwicklung sowie der Wirtschaft. Kriterien der Beurteilung sind wissenschaftliche Qualität, wirtschaftliche Relevanz, Neuartigkeit und Interdisziplinarität der Ansätze.
Weitere Informationen zum Hugo-Geiger-Preis 2022 inklusive Podcast mit Dr. Robert Klas
Quelle und Bild: www.iof.fraunhofer.de
