Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF · Zwölf Mil­lio­nen Euro für neue Anlage zur Her­stel­lung von Hoch­leis­tungs­op­ti­ken in Jena

Elek­tro­nen­strahl­li­tho­gra­phie ermög­licht kom­pakte und pra­xis­nahe Inte­gra­tion von Quantenbauelementen

Mit zwölf Mil­lio­nen Euro unter­stützt das Thü­rin­ger Wirt­schafts- und Wis­sen­schafts­mi­nis­te­rium die Anschaf­fung einer neuen Litho­gra­phie­an­lage am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik IOF in Jena. Die neue Anlage wird her­aus­ra­gende Grund­la­gen­for­schung auf dem Gebiet der Quan­ten­tech­no­lo­gien ermög­li­chen. Auch Opti­ken z. B. zur satel­li­ten­ge­stütz­ten Beob­ach­tung des Kli­ma­wan­dels sind damit rea­li­sier­bar. Staats­se­kre­tär Cars­ten Fel­ler über­reichte heute den Förderbescheid.

Wenn in den Labo­ren des Fraun­ho­fer IOF heute zu Quan­ten­tech­no­lo­gien geforscht wird, dann brau­chen For­sche­rin­nen und For­scher dafür eini­ges an Platz: Ganze Labor­ti­sche wer­den der­zeit noch von den auf­wen­di­gen Auf­bau­ten ein­ge­nom­men. Für eine Kom­mer­zia­li­sie­rung der Quan­ten­tech­no­lo­gien und ihre prak­ti­sche Anwen­dung im All­tag ist das zu groß. Eine Ver­klei­ne­rung umfang­rei­cher opti­scher Labor­auf­bau­ten, etwa auf die Größe eines Chips, ist daher unum­gäng­lich. Eine sol­che Minia­tu­ri­sie­rung kann mit bestimm­ten Her­stel­lungs­ver­fah­ren für Hoch­leis­tungs­op­ti­ken gelin­gen. Die soge­nannte »Elek­tro­nen­strahl­li­tho­gra­phie« ist ein sol­ches Verfahren.

Vor­rei­ter in Deutsch­land und der EU

»Die neue Anlage zur Elek­tro­nen­strahl­li­tho­gra­phie am Fraun­ho­fer IOF sichert dem Stand­ort Thü­rin­gen ein welt­wei­tes Allein­stel­lungs­merk­mal in der Her­stel­lung nano- und mikro­op­ti­scher Kom­po­nen­ten«, betonte Staats­se­kre­tär Fel­ler anläss­lich sei­nes heu­ti­gen Besu­ches am Insti­tut und der Über­gabe des För­der­be­scheids. »Sie ist ein wei­te­rer Mei­len­stein für die Erfor­schung und Ent­wick­lung von Quan­ten­tech­no­lo­gien und damit für die Posi­tio­nie­rung Thü­rin­gens als Vor­rei­ter in die­sem Bereich in Deutsch­land und der EU.« Bereits seit meh­re­ren Jah­ren unter­stützt das Land das Fraun­ho­fer IOF im Auf­bau von Infra­struk­tu­ren zur Quan­ten­for­schung und ‑ent­wick­lung von Lösungs­an­sät­zen für die Indus­trie. Anwen­dun­gen wie Quan­ten­com­pu­ter oder Ana­lyse- und Mess­tech­nik mit Quan­ten stell­ten kon­ven­tio­nelle Sys­teme weit in den Schat­ten, so Fel­ler weiter.

Die Anschaf­fung der Anlage setzt damit die Impulse jüngs­ter Inves­ti­tio­nen im Bereich Quan­ten­for­schung fort: Erst im Mai eröff­nete mit dem »Quan­tum Hub Thü­rin­gen« ein neues For­schungs­netz­werk für Quan­ten­tech­no­lo­gien in Thü­rin­gen. Auch der sich der­zeit im Bau befin­dende For­schungs­neu­bau des Fraun­ho­fer IOF wird neuen Raum für das Thema Quan­ten bieten.

Ein neues Level für Quan­ten­tech­no­lo­gien und Spektroskopie

Über die Anwen­dun­gen im Berei­chen Quan­ten­tech­no­lo­gien hin­aus wird mit der Anlage aber auch eine neue, deut­lich leis­tungs­fä­hi­gere Genera­tion von Hoch­leis­tungs­op­ti­ken z. B. für die welt­raum­ge­stützte Erd­be­ob­ach­tung mög­lich. Diese sind für das Kli­ma­mo­ni­to­ring und damit die Unter­su­chung der Aus­wir­kun­gen des glo­ba­len Kli­ma­wan­dels not­wen­dig. Doch auch in ande­ren Berei­chen der Spek­tro­sko­pie schlum­mern Anwen­dungs­po­ten­ziale, z. B. in der Lebens­mit­tel- oder Schadstoffanalyse.

»Mit unse­rer neuen Anlage wer­den die Mög­lich­kei­ten des Fraun­ho­fer IOF auf dem Gebiet der Mikro- und Nano­struk­tur­er­zeu­gung sub­stan­zi­ell erwei­tert und der Vor­stoß in völ­lig neue Berei­che der Struk­tu­rie­rungs­ge­nau­ig­keit, ‑auf­lö­sung, ‑geschwin­dig­keit und Kom­po­nen­ten­größe ermög­licht«, erklärt Prof. Dr. Uwe Zeit­ner, ver­ant­wort­lich für Inves­ti­tio­nen und Infra­struk­tur am Fraun­ho­fer IOF. Gemein­sam mit sei­nen Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen plant er die Anlage und arbei­tet mit Part­nern aus der Wirt­schaft daran, dass sie ab 2023 am Insti­tut in Betrieb gehen kann. »Das Fraun­ho­fer IOF wird damit ein ›Enab­ler‹, um zukünf­tige Hoch­leis­tungs­op­ti­ken noch genauer zu machen«, so Zeit­ner weiter.

Win­zige Struk­tu­ren mit hoher Auflösung

Die win­zi­gen Struk­tu­ren von Hoch­leis­tungs­op­ti­ken blei­ben dem mensch­li­chen Auge ver­bor­gen und doch haben sie einen ent­schei­den­den Ein­fluss auf die Leis­tungs­fä­hig­keit und Anwen­dungs­po­ten­ziale der Optik. Sie bewe­gen sich in der Grö­ßen­ord­nung von einem hal­ben tau­sends­tel Mil­li­me­ter. Zum Ver­gleich: Ein mensch­li­ches Haar hat einen Durch­mes­ser von bis zu 0,1 Mil­li­me­tern. Der­art kleine opti­sche Kom­po­nen­ten kön­nen Funk­tio­nen rea­li­sie­ren, die mit einer kon­ven­tio­nel­len Linse, wie wir sie z. B. aus einer Brille oder einem Kame­ra­ob­jek­tiv ken­nen, nicht erzeugt wer­den können.

Doch damit man diese win­zi­gen Struk­tu­ren nut­zen kann, müs­sen sie nicht nur designt und ent­wi­ckelt, son­dern auch auf einen soge­nann­ten »Trä­ger« geschrie­ben wer­den. Aber wie schafft man das mit so klei­nen Struk­tu­ren über­haupt? Dafür gibt es ver­schie­dene Ver­fah­ren. Eines davon, das beson­ders genau arbei­tet und damit eine außer­ge­wöhn­lich hohe Auf­lö­sung erlaubt, ist die Elek­tro­nen­strahl­li­tho­gra­phie. Sie funk­tio­niert ähn­lich, wie wenn man mit einer hoch­prä­zi­sen Schreib­ma­schine auf einem Blatt Papier schreibt. Nur wer­den hier Elek­tro­nen statt Tinte genutzt. Und diese Elek­tro­nen sind um ein Viel­fa­ches klei­ner als jedes Tröpf­chen Tinte.

Die Fähig­keit zur hoch­prä­zi­sen Erzeu­gung von funk­tio­nel­len pho­to­ni­schen Mikro- und Nano-Struk­tu­ren ist eine Schlüs­sel­tech­no­lo­gie und Weg­be­rei­ter für zahl­rei­che Anwen­dun­gen in Kern­märk­ten der deut­schen Indus­trie wie Ener­gie, Gesund­heit, Mobi­li­tät und Pro­duk­tion. Mit der neuen Anlage wird das Fraun­ho­fer IOF ange­wandte For­schung auf die­sen für unsere Gesell­schaft wich­ti­gen Gebie­ten vorantreiben.

Inno­va­ti­ons­trei­ber im Bereich Hochleistungskomponenten

Schon heute nimmt das Fraun­ho­fer IOF mit sei­nem aus Mit­teln des Frei­staa­tes Thü­rin­gen 2006 ein­ge­rich­te­ten »Cen­ter for Advan­ced Micro- and Nano-Optics« eine welt­weit füh­rende Rolle als Inno­va­ti­ons­trei­ber im Bereich von Hoch­leis­tungs­kom­po­nen­ten für ver­schie­dene Mikro­op­tik­an­wen­dun­gen ein. »Um diese Füh­rungs­po­si­tion auf dem Gebiet der High-End-Anwen­dun­gen opti­scher Mikro- und Nano­struk­tu­ren auch zukünf­tig erfolg­reich zu beset­zen, ist eine stra­te­gi­sche Erneue­rung der tech­no­lo­gi­schen Platt­form am Fraun­ho­fer IOF mit einer Elek­tro­nen­strahl­li­tho­gra­phie­an­lage als Aus­gangs­ba­sis äußerst wich­tig«, erklärt Uwe Zeit­ner die Not­wen­dig­keit der Neuanschaffung.

»Dar­über hin­aus wer­den mit der neuen Tech­no­lo­gie­platt­form die Vor­aus­set­zun­gen für deut­sche Unter­neh­men geschaf­fen, neue Märkte zu adres­sie­ren und ein­zig­ar­tige Expe­ri­mente der Grund­la­gen­for­schung und ange­wand­ten For­schung durch­zu­füh­ren«, so Zeitner.

Per­spek­ti­ven für wei­tere Zusam­men­ar­beit am Optik­stand­ort Jena

Die neue Anlage soll auch die Zusam­men­ar­beit mit ande­ren wis­sen­schaft­li­chen Ein­rich­tun­gen am Optik­stand­ort Jena stär­ken. Zusam­men mit dem Insti­tut für Ange­wandte Phy­sik (IAP) der Fried­rich-Schil­ler-Uni­ver­si­tät Jena sowie dem Leib­niz-Insti­tut für Pho­to­ni­sche Tech­no­lo­gien (IPHT) soll eine Basis für erfolg­rei­che wei­tere gemein­same For­schungs­vor­ha­ben geschaf­fen werden.

Wenn die neue Anlage dem Insti­tut vor­aus­sicht­lich ab 2023 zur Ver­fü­gung steht, wird sie in einem neuen Insti­tuts­ge­bäude beher­bergt sein. Die­ses ist nötig, um auch den gestie­ge­nen Anfor­de­run­gen der Anlage und aller Fabri­ka­ti­ons­pro­zesse bei der Ent­wick­lung von Hoch­leis­tungs­op­ti­ken gerecht zu werden.

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