Faszination im Nanobereich
Physikerin forschte an amerikanischer Universität
Ein Habilitationsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft ermöglichte Dr. Margit Zacharias vom Institut für Experimentelle Physik einen Forschungsaufenthalt in den USA. Bereits in der Januar-Ausgabe des UNI-REPORTS schilderte sie einige Eindrücke über das Arbeiten und Leben an der amerikanischen Privatuniversität Rochester im Staat New York. Nachfolgend setzt sie ihren Bericht fort.
Mit dem Jahr 1997 begann ich mit neuen wissenschaftlichen Arbeiten und der Präparation von nanokristallinem Silizium- und Siliziumoxid-Superlattice-Strukturen. Ziel dieser Arbeiten war es, nach Quantum Size Effekten in kleinsten, nanometergroßen Strukturen auf der Basis von Silizium zu suchen. Lichtemittierende Strukturen und Bauelemente herzustellen mit Methoden kompatibel zur Standard-Silizium-Technologie ist eine faszinierende Idee. Nachdem L. T. Canham im Jahre 1990 über eine sichtbare Raumtemperatur-Lumineszenz an anodisch geätztem Silizium berichtet hatte, war der Mechanismus dieser Lumineszenz im Fokus der aktiven Forschung. Mein amerikanischer Chef, Prof. Philippe Fauchet, ist auch für seine Arbeiten zum porösen Silizium international bekannt. Obwohl stabile und relative, effiziente LEDs auf der Basis von porösem Silizium von Prof. Fauchets Gruppe realisiert wurden, wird eine kommerzielle Nutzung mit vielfältigen Problemen verbunden sein. Hochporöse Silizium-Filme sind schwer zu beherrschen, die Proben sind fragil und die Qualität der porösen Silizium-Schicht ist noch nicht gut genug für mikroskopische Prozesse wie Lithographie, die üblichen Masken- und Ätztechniken, Metallisierung etc. Wenn es möglich wäre, die Verschiebung der sichtbaren Emission des porösen Siliziums mit gewachsenen Strukturen zu erzeugen, mit einer Lichteffizient im Prozentbereich, so würde diesem Material die Zukunft gehören.
In Zusammenarbeit mit dem Microelectronic Engineering Department des Rochester Institute of Technology (Prof. Lynn F. Fuller, Prof. Karl D. Hirschmann) nutzte ich die Möglichkeiten in einem hervorragend ausgerüsteten Großreinstraum für MOS- und CMOS-Silizium-Technologie zu arbeiten. Mit Hilfe der vorhandenen konventionellen Silizium-Technologie stellte ich nicht nur Si/SiO2-Superlattice mit bis zu 80 Sublagen im Nanometerbereich her, ich erprobte auch unterschiedliche Möglichkeiten der Kristallisierung und Nachbehandlung, wie extrem schnelle Erwärmung auf sehr hohe Temperaturen (950°C in 20 s), konventionelle Temperung bei 1050°C, Feucht- und Trockenoxidation von Silizium-Nanokristalliten sowie die Implantation von Fremdatomen.
In bewährter Zusammenarbeit mit Dr. Peter Veit und Dr. Jürgen Bläsing, Fakultät für Naturwissenschaften, erfolgte die strukturelle Charakterisierung der Nanokristallite in der Superlattice Struktur. Die optische Charakterisierung erfolgte in enger Zusammenarbeit mit Dr. Leo Tsybeskov an der Universität Rochester. Erste Ergebnisse konnten in zwei weiteren Artikeln und vier Konferenzbeiträgen veröffentlicht werden. So gestaltete sich der Aufenthalt in Rochester als überaus interessant, aber auch sehr arbeitsintensiv. Insgesamt 14 wissenschaftliche Artikel in diesem einen Jahr sprechen eine deutliche Sprache.
Doch nicht nur Arbeit gab es für meine Kinder und mich. Die faszinierenden Niagara Wasserfälle verführten uns zu mehrfachen Besuchen in verschiedenen Jahreszeiten. Einen sportlichen Ausgleich fanden wir im Winter bei Abfahrtsskifahrt. Mit Bristol Mountain stand ein sehr gutes Wintersportzenturm in nächster Nähe zur Verfügung. Als Mitglied des Ski-Teams der Highschool trainierte meine Tochter nicht nur dreimal in der Woche auf der Piste, auch Wettkämpfe standen auf dem Programm. Das Wochenende des amerikanischen Unabhängigkeitstages verbrachten wir gemeinsam in Washington/DC, bewunderten die große Parade, besichtigten das Weiße Haus und das Lincoln Denkmal und bestaunten zusammen mit Hundertausenden am Abend das obligatorische Feuerwerk.