DFG fördert nachhaltige Modernisierung zentraler Forschungsanlage der TU Berlin

Plasmaätzanlage im Reinraum des Nanophotonikzentrums der TU Berlin.

Elektronenmikroskopisches Bild von sogenannten Quantenschaltkreisen. Sie bestehen aus Mikrolasern (kreisförmig, orange), Wellenleitern mit integrierten Lichtquellen für einzelne Lichtteilchen – den Photonen – (blau) und Auskoppelelementen (lila). Diese komplexen Nanostrukturen werden im Rahmen der Initiative „Berlin Quantum“ für zukünftige photonische Quantencomputer entwickelt und lassen sich nur mit einer modernen, hochpräzisen Plasmaätzanlage herstellen.

Eine zentrale Forschungsanlage der Technischen Universität Berlin wird fit gemacht für die nächsten Jahrzehnte: Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des Landes Berlin wird die Plasmaätzanlage im Reinraum des Zentrums für Nanophotonik mit einem Gesamtvolumen von etwa 490.000 Euro umfassend runderneuert. 50 Prozent der Mittel werden durch die TU Berlin finanziert. Die Modernisierung verlängert die Lebensdauer der bestehenden Anlage und sichert ihre Leistungsfähigkeit für die Photonik- und Quantenforschung. Sie steht auch für den nachhaltigen Umgang mit Forschungsinfrastruktur, den die TU Berlin im Rahmen ihrer Umweltleitlinien verfolgt. Zukünftig wird die Anlage Teil des neuen Center for Integrated Photonics Research (CIPHOR) auf dem Campus Charlottenburg der Universität.

Die zu erneuernde Anlage vereint ein Gerät zum „Plasmaätzen“ sowie eines zur „Plasmabeschichtung“ in einer Einheit und zählt zu den wichtigsten Geräten im Reinraum des Zentrums für Nanophotonik. Sie wird benötigt, um Halbleitermaterialien mit höchster Präzision zu strukturieren und mit nur wenige Nanometer dünnen Funktionsschichten zu versehen. So entstehen unter anderem Quantenlichtquellen, Nano- und Mikrolaser, photonische Schaltkreise, hocheffiziente Wellenleiter oder moderne LED-Bauelemente.

Höchste Präzision für die Erzeugung und Leitung von Lichtteilchen (Photonen)

Eine besondere Stärke der Anlage liegt in ihrer außergewöhnlichen Präzision. Sie ermöglicht es, Halbleitermaterialien mit nahezu senkrechten Seitenwänden im Nanometermaßstab zu strukturieren. Solche hochpräzisen Strukturen verhindern optische Verluste und sind eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass photonische Bauelemente Licht gezielt führen oder einzelne Lichtteilchen zuverlässig erzeugen können. Gleichzeitig lassen sich empfindliche Halbleitermaterialien schonend mit dünnen Schichten versehen, um ihre Funktionalität zu erhöhen, ohne ihre optischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. „Unsere Anlage ermöglicht Fertigungsprozesse mit einer Präzision im Bereich weniger Milliardstel Meter. Sie ist aktuell bereits für fünf Arbeitsgruppen an der TU Berlin von entscheidender Bedeutung und wird perspektivisch auch von einer Vielzahl an Partner*innen, vor allem auch aus der Berlin University Alliance, genutzt werden können“, sagt Prof. Dr. Stephan Reitzenstein, Leiter des Fachgebiets „Optoelektronik und Quantenbauelemente“ der TU Berlin und Direktor des Zentrums für Nanophotonik.

Runderneuerung der 20 Jahre alten Anlage erhält auch bisher aufgebautes Know-how

Mit der Runderneuerung werden zentrale Komponenten der 2006 angeschafften Anlage, die ihre Lebensdauer überschritten hat, nun auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Im Rahmen der Modernisierung werden Vakuum-, Steuer-, Hochfrequenz- und Temperaturregelmodule ausgetauscht, die Plasmageneratortechnologie erneuert sowie neue Prozesskontroll- und Sicherheitskomponenten installiert – für insgesamt rund 490.000 Euro. Die Anschaffung einer neuen Anlage hätte den doppelten bis dreifachen Betrag gekostet. Für Stephan Reitzenstein ist die Runderneuerung nicht nur technologisch unabdingbar, sondern auch ein Mittel für den Erhalt von wichtigem Know-how an der TU Berlin: „Wir verlängern nicht nur die Lebensdauer einer technisch bewährten Anlage. Mit ihr bleibt auch das über viele Jahre aufgebaute Spezialwissen unserer Mitarbeitenden für die Zukunft relevant. Gerade bei hochkomplexen Fertigungsprozessen beruht Spitzenforschung nämlich nicht allein auf modernster Technik, sondern ebenso auf der Erfahrung im Umgang mit ihr.“

Plasmaätzanlage wird Teil des neuen Physik-Forschungsbaus CIPHOR

Mit dem geplanten Umzug in das neue Center for Integrated Photonics Research (CIPHOR) im Ostteil des Campus Charlottenburg wird die modernisierte Anlage für viele weitere Jahre ein wichtiger Bestandteil der Forschungsinfrastruktur der TU Berlin sein. CIPHOR bündelt künftig zentrale Technologien für die integrierte Quantenphotonik und schafft optimale Bedingungen für die Entwicklung neuer Anwendungen – von der sicheren Quantenkommunikation über Quantensensorik und Metrologie bis hin zur Medizin und zum photonischen Quantencomputing.