Kleinste Teilchen ganz groß: Eröffnung des neuen Zentrums für Mikro- und Nanostrukturen (ZMNS)

Wien (OTS) – Am 4. Dezember 2018 wurde das neue Forschungszentrum am
Campus Gußhausstraße von Wissenschaftsminister Heinz Faßmann,
TUW-Rektorin Sabine Seidler, BIG-Geschäftsführer Hans-Peter Weiss und
ZMNS-Vorstand Gottfried Strasser eröffnet.

Die Abmessungen von Nanostrukturen verhalten sich zu unseren
Alltagsgegenständen ähnlich wie unsere Körpergröße zur Größe der
Erde. Am ZMNS wird in diesen Größenskalen mit dem Ziel geforscht,
innovative Ideen von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung zu
entwickeln. Ergebnis sind kleinste Bauteile mit großer
technologischer Bedeutung, die in neuartigen Solarzellen,
Hochleistungstransistoren für Hybridautos, Sensoren und Detektoren im
Mikroformat oder in der Mikro- und Nanoelektronik eingesetzt werden.
Zusätzliche Herausforderung ist der Umgang mit neuen Materialien,
durch die Bauteile andere elektronische Eigenschaften annehmen
können.

„Im ZMNS passiert fakultätsübergreifende Spitzenforschung auf
Weltniveau. Einerseits wird an eigenen Projekten von der Grundlage
bis zur Anwendung geforscht, es werden aber auch wesentliche Bauteile
für andere Forschungsgruppen der TU Wien hergestellt. Internationale
Kooperationen mit Wissenschaft und Industrie liefern neue Ansätze und
garantieren den direkten Know-how-Transfer. Dies trägt zur Sicherung
des Wissensstandorts Österreich bei. Dazu gehört auch der
Ausbildungsaspekt. Studierende werden im hochmodernen Umfeld auf ihre
späteren Tätigkeiten vorbereitet“, fasst Sabine Seidler, Rektorin der
TU Wien die Bedeutung des Zentrums zusammen.

Wissenschaftsminister Heinz Faßmann ergänzt: „Die TU Wien hat eine
sehr großes Budget für die kommenden Jahre zur Verfügung. Das
Globalbudget steigt um mehr als 15 Prozent. Das ist ein gewaltiger
Schub für die qualitative Weiterentwicklung der TU und eine große
Chance für den wissenschaftlichen Nachwuchs. Neben der steigenden
Finanzierung der Universitäten setzen wir auch im Bereich der
Forschungsförderung in den nächsten Jahren wichtige Impulse. Das ist
gut und wichtig, weil die Wissenschaft und die Forschung die
wesentliche Grundlage für die Zukunftsfähigkeit unseres Landes sind.
Ich freue mich über so gelungene Initiativen wie dieses neue Zentrum
für Mikro- und Nanostrukturen. Ein sichtbares Zeichen für
Spitzenforschung in der Stadt!“

Zwtl.: High-Tech am historischen Standort

Neuer Standort des Zentrums für Mikro- und Nanostrukturen ist der
Campus Gußhausstraße. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden am Areal noch
imposante Kunstwerke gegossen. Rund 5.100 Quadratmeter wurden hier
saniert oder neu errichtet, BIG und TU Wien haben rund 22 Millionen
Euro in das Projekt investiert. Entstanden sind so sechs Reinräume,
18 Labors, 60 Büroarbeitsplätze, Besprechungsräume sowie Lehr- und
Seminarräume. Mehr als ein Fünftel des Gebäudes wird von der
Haustechnik beansprucht.

„Das technische Herzstück des ZMNS sind die sechs Reinräume, wo
die Konzentration luftgetragener Teilchen so gering wie möglich
gehalten wird. Zur Herstellung dieser „sauberen“ Luft sind ein hoher
Luftwechsel und eine entsprechende Filterung notwendig. Dazu wurde
eine Raum-in-Raum Konstruktion errichtet,“ sagt BIG Geschäftsführer
Hans-Peter Weiss. Die Reinräume samt den jeweils vorgelagerten
Zugängen wurden also innerhalb der vorhandenen bzw. neu errichteten
Gebäudestruktur eingebaut. Zwischen den Decken befindet sich die
Lüftung, die Luft über Schwebstoff-Filter in die Reinräume einbringt
und über einen Doppelboden wieder abgesaugt wird. Die technischen
Anlagen zum Betrieb der Reinräume nehmen das gesamte darüber liegende
Geschoss ein.

Für den Neubau von drei Trakten mussten ein historischer
Gebäudeteil sowie spätere Zubauten weichen. Der denkmalgeschützte
Kuppelraum und der sogenannte Südtrakt aus dem 18. Jahrhundert wurden
erhalten und in Abstimmung mit dem Bundesdenkmalamt restauriert und
umgebaut.

Zwtl.: Material und Dimension – aktuelle Forschung

Neu ist die Erforschung zwei-dimensionaler Materialien wie
Graphen. „Diese Materialien bestehen aus nur einer Atomlage und
zeigen deshalb ganz erstaunliche Eigenschaften. Im Rahmen des
EU-Flagship-Programms ‚Graphene‘ werden diese im ZMNS hergestellt und
erforscht. Einsatzmöglichkeiten sind neue Transistoren oder
Solarzellen aber auch Lichtemitter“, erklärt Gottfried Strasser,
Vorstand des ZMNS. Gallium-Nitrid ist auch ein Material, das erst
seit kurzer Zeit beherrschbar ist. Daraus werden
Hochleistungstransistoren hergestellt, mit denen verhältnismäßig
starke Ströme geschaltet werden können. Das ist etwa für Hybridautos
wichtig, in denen große Energiemengen in kurzer Zeit hin- und
hergeleitet werden müssen. Der Einsatz verschiedener Materialien zur
Änderung der elektronischen Eigenschaften von Bauelementen reicht am
ZMNS von üblichen Halbleitermaterialien wie Silizium oder Germanium
bis zu Oxiden und Metallen.

Interessante Möglichkeiten bieten auch niedrigdimensionale
Strukturen. Wenn man statt eines dreidimensionalen Blocks einen
dünnen Nano-Draht herstellt, ist die Kombination viel einfacher. Aus
dicht gepackten Nanodrähten könnten effizientere Solarzellen gebaut
werden, die ein breites Spektrum an Lichtwellenlängen absorbieren.
Doch Nanostrukturen können nicht nur absorbieren, sondern auch Licht
aussenden. Am ZMNS werden auch Quantenkaskadenlaser (QCLs)
entwickelt, die als Spektroskopie-Werkzeuge eingesetzt werden können,
etwa um hochempfindliche Sensoren für z.B. die Umweltanalytik zu
realisieren.

Zwtl.: Mikrostruktur – How to

Bei der Fertigung von Mikrostrukturen gibt es zwei verschiedene
Herangehensweisen: Beim Top-Down-Ansatz startet man mit dem fertigen
Material und bringt es dann in Form, zum Beispiel durch
Ionenbeschuss. Beim Bottom-Up-Ansatz lässt man die Materialien
gezielt in der richtigen geometrischen Form wachsen. „In der
Industrie wird noch immer eher die Top-Down-Variante angewandt, doch
das genügt heute nicht mehr“, sagt Strasser. Im ZMNS werden beide
Strategien verbunden, um auch in Zukunft führend bei der Entwicklung
von Nanostrukturen sein zu können.

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Bettina Kunnert, MAS
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