1 EINLEITUNG: KLASSISCHE LITHOGRAPHIE 2 STRUKTURERZEUGUNG IN DER ATOMLITHOGRAPHIE 3 STRUKTURÜBERTRAG 4 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
5 LITERATUR

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Atomlithographie

Mark Rossi
Hauptseminar SS2000
Ultrakalte Atome und Atomoptik





4 Zusammenfassung und Ausblick

Wie wir gesehen haben, ist es nicht nur gelungen eindimensionale Strukturen zu erzeugen, sondern auch in zwei Raumrichtungen. Darüber hinaus wurden Wege gefunden, das bei der Intensitätsgradienten-Lichtmaske gegebene l/2-Limit zu unterbieten. Die Doppelbelichtungstechnik setzt das Limit mit einem Trick bis auf l/4 herab. Mit Polarisationsgradienten-Lichtmasken sind sogar Strukturen bis zu einem Achtel der Wellenlänge des Lasers im Bereich des Möglichen.

Motivation der Atomlithographie war ja ein Verfahren zu finden, das über die Grenzen der Photolithographie hinaus einsetzbar ist. Im Folgenden werden die Begrenzungen der herkömmlichen Photolithographie denen der Atomlithographie gegenübergestellt. Wie man sehen kann, gibt es bei Erreichen der Grenze in der klassischen Lithographie zumindest für periodische Strukturen der in [10] beschriebenen Art einen Nachfolger.

AtomlithographiePhotolithographie
Zahl der VerfahrensschritteAuch maskenloses (materielle) VerfahrenMasken nötig
Beschränkung durch BeugungslimitDe-Broglie-Wellenlänge im pm-BereichAuflösung durch Beugungslimit beschränkt
Maximale AuflösungSimulationen: 10-20 nm möglichAktuell: 150 nm


Tabelle 2 Direkte Gegenüberstellung der Lithographieverfahren

4.1 Zukünftige Experimente

Zukünftige Versuche sollen die Realisierbarkeit von Übergittern kurzer Periode und quasiperiodischen Strukturen verifizieren. Statt der hier beschriebenen Lichtmasken verwendet man da aber Hologramme zur diffraktiven Erzeugung.

Auch die Aufhebung der Einschränkung auf Wellenvektoren, die in der Substratebene liegen, ist ein Weg zu neuen Strukturen.

Die Erstellung von hochkomplexen 2D- und 3D-Strukturen durch gleichzeitiges Bestrahlen des Substrates mit einem Atomstrahl, der nicht durch die Lichtlinse beeinflußt wird, und mit einem Atomstrahl resonanten Dotiermaterials ist sicher eine Anwendung, die schon heute konkurrenzlos der Lichtkraftlithographie zugeordnet werden kann. Der Aufwand in der klassischen Lithographie wäre ungleich höher: Über Masken und Lacke strukturiertes Auftragen des Dotiermaterials und anschließendes Hineindiffundierenlassen in das Matrixmaterial. Mit dieser strukturierten Dotierung lassen sich auch photonische Kristalle (Materialien mit periodischer Variation der optischen Eigenschaften) verwirklichen.

Gerade in Verbindung mit einer Molekularstrahlepitaxie-Anlage eröffnen sich mit Lichtmasken ganz neue Möglichkeiten.

4.2 Verbesserungen im Aufbau

Kleinere Strukturen ließen sich mit besser präparierten Atomstrahlen verwirklichen, da hier die Linsenfehler nicht so stark hineinspielen würden. Laserartige Quellen, wie zum Beispiel ein Atomlaser auf Grundlage eines Bose-Einstein-Kondensates (siehe Vortrag Rolf Heidemann) wären hierfür optimal. Leider ist die de-Broglie-Wellenlänge hier zu hoch und führte zu neuen Begrenzungen.

Eine Strukturierung größerer Flächen ist durch einfaches Aufweiten des Laserstrahlprofiles von Kühlzone und Lichtmaske, bei proportionaler Erhöhung der Gesamtlichtleistung möglich.





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