Erzeugung von Nanostrukturen mit laserpräparierten thermischen Atomstrahlen

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Erzeugung von Nanostrukturen mit optisch kollimierten, thermischen Atomstrahlen. Im ersten Teil (Kap. 2-4) werden neue Konzepte und Experimente zur Atomlithografie mit Dipolkraft-Lichtmasken präsentiert. Abhängig von der lokalen Laserintensität der Lichtmaske lenkt die optische Dipolkraft Atome ab, wodurch im Atomstrahl Flussdichte-Variationen mit einem Kontrast von ca. 90 % entstehen. Durch Abscheidung der Atome auf einem direkt hinter der Maske positionierten Substrat wird eine Oberflächenstruktur mit Nanometer-Präzision erzeugt. Vorgestellt werden zwei neue Verfahren zur Erzeugung der Lichtmaske: <ol><li>Die Lichtmaske wird durch Beugung eines Laserstrahls an mehreren, multiplex aufgezeichneten Hologrammen erzeugt. Die Intensitätsverteilung der Lichtmaske entsteht durch Mehrstrahl-Interferenz der gebeugten Laserstrahlen bzw. des Referenzlaserstrahls. Diese Methode erlaubt die Erzeugung sehr komplexer Lichtmasken ohne technisch aufwändige Spiegelanordnung. Experimentelle Ergebnisse sowie eine mathematische Behandlung komplexer Lichtmasken werden präsentiert. <br /></li> <li>Theoretisch und experimentell wird die Verwendung von gepulsten Lichtmasken (ps-Pulse) untersucht. In enger Analogie zu Dauerstrich-Lichtmasken findet eine Änderung der atomaren Flussdichte in dem gepulsten Lichtfeld statt, solange eine adiabatische Bedingung erfüllt ist. Weiter wird ein Konzept vorgestellt, durch Überlagerung mehrerer gepulster Lichtfelder neuartige, komplexe Lichtmasken zu erzeugen. </li> </ol> Der zweite Teil (Kap.5-6) der Arbeit behandelt die Erzeugung von Mikro- bzw. Nanostrukturen mit einer neuartigen seriellen Schreibtechnik. Hier wird der Durchmesser eines thermischen Atomstrahls mit einer Blende auf wenige Mikrometer begrenzt. Das Verschieben der Blende gegenüber dem dahinter befindlichen Substrat ermöglicht die Erzeugung beliebiger Strukturen durch lokale Abscheidung von Atomen. Zur Erhöhung des atomaren Flusses durch die Blende bzw. zur Verkürzung der Schreibzeit wird der Atomstrahl durch einen ebenen, magnetischen Quadrupol gebündelt. Vorgestellt werden der experimentelle Aufbau und erzeugte Mikro- bzw. Nanostrukturen. Des weiteren werden sowohl mit einem mathematischen Modell als auch anhand von Simulationen die atomoptischen Eigenschaften eines ebenen magnetischen Quadrupols erarbeitet.