ACR Kooperationspreis 2015: Grazer Forscher tunen Nanosensoren

In Elektronenmikroskopen lassen sich winzigste elektronische Bauteile charakterisieren um beispielsweise deren Temperaturverhalten im Betrieb zu bestimmen. Das Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (FELMI-ZFE) hat zusammen mit dem Hersteller SCL Sensor. Tech. Fabrication GmbH aus Wien neuartige Messsonden für Elektronenmikroskope entwickelt, die Strukturen im kleinen Nanometerbereich charakterisieren können. Möglich wird das durch eine neuartige 3D Nanoprinting Methode. Dafür wurden SCL und FELMI-ZFE jetzt mit dem ACR Kooperationspreis ausgezeichnet.

Materialwissenschaft und Materialcharakterisierung stellen die Grundlage von vielen technischen Innovationen dar. Geht es um besonders kleine Strukturen, ist Elektronenmikroskopie die ideale Methode, um Materialien grundlegend zu verstehen. "Je kleiner die elektronischen Bauteile werden, deren Eigenschaften wir bestimmen wollen, desto kleiner müssen wir die Messsonden gestalten. Wir sprechen hier von nanometergroßen Messsonden, welche wir mit dem freien Auge nicht einmal erahnen können", erklärt Harald Plank. Er leitet am Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (FELMI-ZFE) den Bereich der funktionellen Nanofabrikation.

Die SCL Sensor. Tech. Fabrication GmbH aus Wien stellt die Basis der Messsonden her, wobei seit mehr als fünf Jahren ein innovatives Konzept verwendet wird, um die Integration in Elektronenmikroskope zu ermöglichen. "Mit dem neuen Konzept konnten wir unsere Messsonden schon – sehr platzsparend! – in Elektronenmikroskope einbauen. Was noch fehlte, waren nanometergroße Messspitzen, um damit eine neue Produktklasse zu generieren", so SCL Geschäftsführer Ernest Fantner. Für die Messspitzen zog SCL das ACR-Forschungsinstitut FELMI-ZFE hinzu, das man bereits aus früheren Kooperationen kannte – SCL und FELMI-ZFE wurden für die Innovation jetzt mit dem ACR Kooperationspreis ausgezeichnet.

Im Detail wurde am FELMI-ZFE auf die SCL Messsonden eine noch winzigere Messspitze aufgesetzt, mit der man in kleinste Bereiche vorstoßen kann. Für die Herstellung der Messspitzen wird eine neuartige Methode verwendet, welche in den Bereich des Additive direct write manufacturing fällt. "Die Methode funktioniert wie ein 3D Drucker, nur eben für die Herstellung von Nanostrukturen. Der enorme Vorteil dieser Technologie ist die Kompatibilität mit nahezu jeder Oberfläche ohne Vorbehandlung oder Nachbehandlung. Außerdem ist es gegenwärtig beinahe die einzige Methode, freistehende und komplexe 3D Nanostrukturen zu erzeugen", erklärt Plank. Um das zu erreichen, haben Plank und sein Team am FELMI-ZFE mehrere Jahre investiert. Sie haben – zusammen mit Industriepartner SCL – die Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung geschlagen.

"Wenn aus unserer Grundlagenforschung ein Produkt wird, das dann auch noch gut verkauft wird – das ist für mich das allerschönste. Mit unseren Forschungsergebnissen werden wir in einem 'Produktion der Zukunft' FFG-Projekt weiterarbeiten, welches im November 2015 startet", so Plank weiter.

Und SCL Geschäftsführer Fantner zieht Bilanz: "Unser neues Messsystem ist nun in der Lage, die enormen Auflösungen in Elektronenmikroskopen mit hochlokalen Messungen von Temperatur und elektrischem Strom zu kombinieren. Das war für Strukturgrößen unter 50 nm bisher nur sehr schwer möglich. Beispielsweise sind Energiematerialien für die Umwandlung von Licht in Strom und für die Energiespeicherung gegenwärtig sehr interessant für die Industrie. Um solche Nanostrukturen effizient einsetzten zu können, müssen wir sie zuerst grundlegend verstehen. Unsere neue Klasse von Nanosensoren ist dafür ideal geeignet, da sie bis in den kleinen Nanometerbereich vordringen kann und damit neue Einblicke ermöglicht."

Für die Auszeichnung mit dem ACR Kooperationspreis sprach aus Sicht der Jury etwa, dass es sich um eine Zukunftstechnologie handelt und die Ergebnisse aus dem Projekt wissenschaftlich weiterentwickelt werden.

www.sclsensortech.com
www.felmi-zfe.at

Fotos

  • Für Untersuchungen in Elektronenmikroskopen bietet die SCL Sensor. Tech Fabrication GmbH ein neuartiges Messsystem an, welches in seiner Gesamtheit wesentlich kleiner gestaltet werden kann. Allerdings zeigen die Spitzen derartiger Messsysteme immer noch zu große Spitzenradien (untere Reihe). Dieses Limit wurde vom Zentrum für Elektronenmikroskopie (FELMI-ZFE) mittels eines neuartigen 3D Nanoprinting Verfahrens durchbrochen, wodurch hochlokale Messungen von Temperatur und Strom möglich werden (obere Reihe). Credit: Plank/FELMI-ZFE
  • Hochauflösende Temperaturmesssonde für elektronische Bauteile im kleinen Nanometerbereich Credit: Plank/FELMI-ZFE
  • Freistehende Nanostruktur, die mit neuartigem 3D Nanoprinting Verfahren direkt hergestellt wurde. Die einzelnen Äste weisen Durchmesser im Bereich 60 nm auf. Credit: Plank/FELMI-ZFE

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