Physik/E-Technik: Ergebnisse des Uni-Projekts 2008/09

Spannender Einblick in die Welt der Wellen und Teilchen

Im Rahmen des Universitätsprojekts vom 2. bis zum 5. Februar durften wir den Fachbereich Physik der TU Kaiserslautern besuchen. Als Erstes standen praktische Versuche auf der Tagesordnung. Unter Anleitung von Herrn Stabel experimentierten wir im Anfängerpraktikum mit Rönt­genstrahlen sowie mit dem Zerfall von radioaktiven Materialien. Wie ändert sich das Röntgenspektrum, wenn ich Spannung oder Strom­stärke der Röntgenröhre verände­re? Wie dick muss das Blei sein, um die β-Strahlung auf die Hälfte zu verringern? Die Computer „spuck­ten“ allerlei Exponentialkurven und Gaußglocken aus und unser theore­tisches Wissen wurde bestätigt.

Um unser schulisches Wissen zu erweitern führte uns Herr Prof. Aeschlimann mit seinem Vortrag „Atome sehen“ in die wunderbare Welt der Nanospektroskopie ein.

Aufgrund der Wellennatur des Lichts hat dieses nur ein begrenztes Auf­lösungsvermögen. Die Wellen sind im Vergleich zu Atomen so groß, dass diese nicht wahrgenommen werden können. Um Atome sichtbar zu machen gibt es zwei Möglichkei­ten: Man tastet die Oberfläche ab oder man beschießt sie mit Elekt­ronen. Der Elektronenstrahl hat ein höheres Auflösungsvermögen als Licht und so werden Atome sicht­bar. Beim Abtasten muss die Tast­spitze sehr präzise bewegt werden. Es ist so, als wollte man die Spitze des Mont Blanc auf einem Tennis­ball platzieren. Um diese Präzision zu erreichen, arbeitet man beim Rastertunnelmikroskop mit Piezo­kristallen, die ihre Größe abhängig von der anliegenden Spannung ver­ändern. Mit einem solchen Mikros­kop, einem Rastertunnelmikroskop, durften wir selbst arbeiten. Überra­schenderweise sind diese Mikrosko­pe nicht größer als eine Handfläche. Vorsichtig wird die Spitze des Ras­tertunnelmikroskops an die Oberflä­che herangeführt, bis sie nur noch wenige Nanometer entfernt ist. Nun wird der abgetastete Bereich immer weiter verkleinert und die Vergröße­rung immer stärker. Die Ergebnisse waren überraschend! So können wir heute die von dem österreichischen Physiker Ernst Mach um 1900 im­mer wieder gern gestellte Frage: „Atome? Hams eins gesehen?“ mit einem deutlichen „Ja“ beantworten.

 

Den letzten aktiven Tag des Projekts durften wir im Nano-Bio-Center der Universität verbringen, einem Rein­raum, in dem Platinen hergestellt werden. Frau Dr. Wolff, die Leiterin der Abteilung, erklärte uns zunächst, wie dort aus einer Siliziumscheibe in vielen Schritten eine funktionsfähi­ge Leiterplatte entsteht.

Bei der sogenannten Photolithogra­phie wird das Substrat (die zukünf­tige Platine) mit einem lichtemp­findlichen Photolack beschichtet und dann unter einer Schablone, die das gewünschte Muster abbildet, belichtet. Durch diesen Vorgang verändert sich an den belichteten Stellen des Lacks dessen Struktur so, dass er beim darauffolgenden Entwickeln zurückbleibt, während die nicht belichteten Stellen abge­waschen werden. Nun wird auf das gesamte Substrat eine Metallschicht aufgedampft und schließlich beim sogenannten „Lift-off“ dieses mit einer Substanz, die den belichteten Photolack lösen kann, in Verbindung gebracht, sodass am Ende nur noch das Metall und die Siliziumplatte üb­rig sind.

Diesen Vorgang durften wir nun selbst durchführen, wobei der Be­lustigungsgrad schon beim Betreten des Reinraumes enorm stieg, weil jeder einen Ganzkörperanzug anzie­hen musste. Unter Anleitung der an­wesenden Studenten und Forscher wurde das Bedienen der notwendi­gen Geräte zum Kinderspiel und so konnte jeder am Ende seine eigene Platine in den Händen halten.

An dieser Stelle einen herzlichen Dank an alle, die uns diese span­nende, abwechslungs- und lehrrei­che Woche ermöglicht haben, so­wohl von Seiten der Schule als auch von Seiten der Universität. Für alle, bei denen wir mit diesem Artikel tiefgreifenderes Interesse geweckt haben, steht ein höchst interes­santes Plakat in der Physik, Raum 606, bereit, auf dem alle erforsch­ten Themen nochmals genau erklärt werden.

Julius Weise, Sebastian Emmerich