Heute werden Computerchips aus Waferrohlingen aus Silizium geätzt. Umgekehrt könnten sie in Zukunft auch Atom für Atom zusammengesetzt werden. Dabei helfen könnte die so genannte Atom-Lithografie. Deutsche Physiker verbesserten nun dieses Verfahren, bei dem sich Metallatome auf eine Oberfläche ablagern, deutlich: Mit polarisiertem Laserlicht mit bestimmten Energien konnten sie laut einer Studie im Fachblatt Physical Review Letters Strukturen herstellen, deren Größe nur ein Viertel der verwendeten Wellenlänge entsprach. Bisher lag die Grenze bei der halben Wellenlänge.
“Der bedeutendste Punkt dieser Arbeit ist die direkte Beobachtung von quantenmechanischen Wechselwirkungen zwischen Atomen und Licht”, erklärt Markus Obenthaler von der
Universität Heidelberg. Zusammen mit Kollegen von der
Universität Konstanz richteten die Heidelberger einen extrem feinen Strahl aus Chrom-Atomen auf eine hochreine Silizium-Oberfläche und schossen die Atome mit 1000 Metern pro Sekunde auf das Silizium. Parallel bauten sie mit Laserlicht mit knapp 426 Nanometer Wellenlänge ein Feld aus stehenden Wellen auf. Durch die Wechselwirkung mit dem Licht ordnen sich die Atome bei diesem Verfahren in periodischen Strukturen an. So entstehen Atomwälle von etwa 213 Nanometer Größe, exakt der Hälfte der verwendeten Wellenlänge. Wird das Licht jedoch genau auf eine Anregungsfrequenz der Chromatome abgestimmt, sind sogar Strukturen von rund 100 Nanometern möglich, entdeckten die Forscher jetzt.
In diesem Resonanzfall spielen quantenmechanische Effekte zwischen Licht und Atomen eine zentale Rolle. Durch diese kann die größenlimitierende Diffraktions-Grenze, die klassisch bei der halben Wellenlänge liegt, durchbrochen werden. Aufnahmen mit einem Atomkraftmikroskop bestätigten die Bildung der winzigen Strukturen aus den Chromatomen.
Die in diesem Versuch erreichten Strukturen sind mit 106 Nanometern zwar noch deutlich größer als klassisch lithografisch geätzte, die schon 65 Nanometer erreichen können. Doch verbessert diese Methode die prinzipiellen Möglichkeiten der Atom-Lithografie. Je nach Material und verwendetem Laserlicht sind theoretisch Strukturen weit unter 50 Nanometer möglich. So ist dieses Verfahren ein vielversprechender Kandidat für die Chipherstellung im kommenden Jahrzehnt. Denn dann wird das Potenzial der klassischen Licht-Lithografie von Silizium-Rohlingen weitestgehend ausgereizt sein.
Jan Oliver Löfken
