DFG financiert duurzame modernisering van centraal onderzoeksfaciliteit van de TU Berlin

Plasma-ätzanlage in de cleanroom van het Nanophotonikcentrum van de TU Berlin.

Elektronenmicroscopisch beeld van zogenaamde kwantenschakelingen. Ze bestaan uit microlasers (rond, oranje), golfgeleiders met geïntegreerde lichtbronnen voor individuele lichtdeeltjes – de fotonen – (blauw) en aftakkelingselementen (paars). Deze complexe nanostructuren worden binnen het kader van de initiatief „Berlin Quantum“ ontwikkeld voor toekomstige fotonische kwantumcomputers en kunnen alleen worden vervaardigd met een moderne, hoogprecisie plasma-etsinstallatie.

Een centraal onderzoeksfaciliteit van de Technische Universität Berlijn wordt klaargemaakt voor de komende decennia: Met ondersteuning van de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) en de deelstaat Berlijn wordt de plasma-etsinstallatie in de cleanroom van het Centrum voor Nanofotoniek grondig gerenoveerd, met een totaalbudget van ongeveer 490.000 euro. 50 procent van de middelen wordt door de TU Berlijn gefinancierd. De modernisering verlengt de levensduur van de bestaande installatie en verzekert haar prestaties voor onderzoek op het gebied van fotonica en kwantumtechnologie. Ze staat ook voor een duurzame omgang met onderzoeksinfrastructuur, die de TU Berlijn nastreeft binnen haar milieuleidlijnen. In de toekomst wordt de installatie onderdeel van het nieuwe Center for Integrated Photonics Research (CIPHOR) op de campus Charlottenburg van de universiteit.

De te vernieuwen installatie combineert een apparaat voor „plasma-etsen“ en een voor „plasmabeschichting“ in één eenheid en behoort tot de belangrijkste apparaten in de cleanroom van het Centrum voor Nanofotoniek. Ze wordt gebruikt om halfgeleermaterialen met de hoogste precisie te structureren en te voorzien van dunne functionele lagen van slechts enkele nanometers dikte. Zo ontstaan onder andere kwantumlichtbronnen, nano- en microlasers, fotonische schakelingen, hoogefficiënte golfgeleiders of moderne LED-componenten.

Hoogste precisie voor het genereren en geleiden van lichtdeeltjes (fotonen)

Een bijzondere kracht van de installatie ligt in haar uitzonderlijke precisie. Ze maakt het mogelijk om halfgeleermaterialen te structureren met bijna loodrechte zijwanden op nanometerschaal. Dergelijke hoogprecisie-structuren voorkomen optische verliezen en zijn een essentiële voorwaarde voor het doelgericht geleiden van licht of het betrouwbaar genereren van individuele lichtdeeltjes door fotonische componenten. Tegelijkertijd kunnen gevoelige halfgeleermaterialen voorzichtig worden voorzien van dunne lagen om hun functionaliteit te vergroten, zonder hun optische eigenschappen te beïnvloeden. „Onze installatie maakt fabricageprocessen mogelijk met een precisie in de orde van enkele miljardsten van een meter. Ze is momenteel al van cruciaal belang voor vijf werkgroepen aan de TU Berlijn en zal in de toekomst ook door vele partners, vooral uit de Berlin University Alliance, worden gebruikt“, zegt Prof. Dr. Stephan Reitzenstein, hoofd van het vakgebied „Opto-elektronica en kwantumcomponenten“ aan de TU Berlijn en directeur van het Centrum voor Nanofotoniek.

Gerenoveerde installatie van 20 jaar oud behoudt bestaande expertise

Met de renovatie worden centrale componenten van de in 2006 aangeschaftte installatie, die haar levensduur heeft overschreden, naar de nieuwste technologische stand gebracht. Tijdens de modernisering worden vacuüm-, regel-, hoogfrequentie- en temperatuurregelmodules vervangen, wordt de plasmageneratortechnologie vernieuwd en worden nieuwe procescontrole- en veiligheidscomponenten geïnstalleerd – voor in totaal ongeveer 490.000 euro. De aanschaf van een nieuwe installatie zou het dubbele tot driedubbele kosten. Voor Stephan Reitzenstein is de renovatie niet alleen technologisch onontbeerlijk, maar ook een middel om belangrijk knowhow te behouden aan de TU Berlijn: „We verlengen niet alleen de levensduur van een technisch beproefde installatie. Hiermee blijft ook de gespecialiseerde kennis die onze medewerkers over vele jaren hebben opgebouwd, relevant voor de toekomst. Vooral bij hoogcomplexe fabricageprocessen berust topwetenschap namelijk niet alleen op de nieuwste techniek, maar ook op de ervaring in het omgaan ermee.“

Plasma-etsinstallatie wordt onderdeel van het nieuwe natuurkunde-onderzoeksgebouw CIPHOR

Met de geplande verhuizing naar het nieuwe Center for Integrated Photonics Research (CIPHOR) in het oostelijke deel van de campus Charlottenburg zal de gemoderniseerde installatie nog vele jaren een belangrijk onderdeel blijven van de onderzoeksinfrastructuur van de TU Berlijn. CIPHOR bundelt toekomstige centrale technologieën voor geïntegreerde kwantumfotonica en schept optimale voorwaarden voor de ontwikkeling van nieuwe toepassingen – van veilige kwantumcommunicatie via kwantumsensoriek en metrologie tot medische toepassingen en fotonische kwantumcomputing.