Hybrid Thermische Sonde und Laser für das direkte Schreiben moderner Nanosensoren (HyProLaSens)

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531412015

Für die Realisierung leistungsfähiger, reproduzierbarer und stabiler multifunktionaler Sensoren, die deutlich über den Stand der Technik hinausgehen, sind die notwendigen Werkzeuge und Geräte zur Herstellung und In-situ-Charakterisierung auf der Nanoskala von besonderer Bedeutung. Gängige Strukturierungswerkzeuge im makro- und mikroskaligen Bereich genügen nicht den Anforderungen an die Miniaturisierung und realisieren keine hohe Auflösung. Dies schränkt die Leistungsfähigkeit der Sensoren in Bezug auf Empfindlichkeit und Genauigkeit ein und verengt die Forschungsmöglichkeiten und die Perspektiven für den Forschungstransfer. Darüber hinaus sind Modifikationen und Optimierungen der Oberflächen im Sub-Nanobereich eine der Voraussetzungen für die Entwicklung von Sensoren mit zusätzlichen Funktionalitäten und zur Erweiterung des Anwendungsbereichs der Sensoren. Das beantragte Gerät ermöglicht die nicht-invasive Nanobearbeitung und präzise Strukturierung von Nanobauteilen durch thermische Rastersondenlithographie und Laserdirektschreiben auf einer Vielzahl von Substraten und bietet die Möglichkeit der Insitu-Bildgebung. Eine Funktionalisierung mit Auflösung im Nanobereich kann dadurch mit Molekülen und Biomolekülkonjugationen mit einer hochlokalisierten Auflösung von wenigen Nanometern realisiert werden. Insbesondere chemische Sensoren können dadurch deutlich miniaturisiert werden und erreichen eine niedrige Nachweisgrenze im femtomolaren Bereich, die den Anforderungen kritischer Anwendungen, z. B. im Gesundheits- und Sicherheitsbereich, entspricht. Hochminiaturisierte Sensorarrays können mit hochempfindlichen Sensoren realisiert werden, die in nicht-invasiven Anwendungen wie Wearables zur Überwachung von Schweiß, interstitiellen Flüssigkeiten und VOCs aus dem Hautschweiß eingesetzt werden können, bei denen die Konzentrationen der Analyten sehr niedrig sind und die Möglichkeit von Interferenzen sehr hoch ist. Durch die neuartige Herstellungstechnik können die Sensoren durch Material-NanoElaboration und Nano-Pixelation eine hervorragende Empfindlichkeit und Selektivität erreichen. Die hochauflösende Strukturierung von Nanokanälen ermöglicht es, einzelne Nanoobjekte in Nanofluidik- und Nanosensoren zu detektieren sowie hochdichte Nanopixel-Sensorarrays zu realisieren. Weitere Nanobauteile für die Photonik, Mikrooptik, Plasmonik und komplexe Strukturen können mit der maskenfreien Scanning-Thermosondenlithographie kostengünstig und mit hohem Durchsatz mit einer x-y-Auflösung im nm-Bereich und einer z-Auflösung im sub-nm-Bereich realisiert werden. Im Vergleich zu konventionellen Nanolithographietechniken, wie z.B. der Elektronenstrahllithographie, eignet sich das neuartige Gerät für das Rapid Prototyping und die präzise Formung und Lokalisierung von 2D/3D-Nanostrukturen. Dieses Gerät stärkt die Forschungsmöglichkeiten an der Universität im Themenschwerpunkt Materialien und intelligente Systeme" und stärkt die Forschnungskkoperationen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hybrid Thermische Sonde und Laser für das direkte Schreiben moderner Nanosensoren (HyProLaSens)
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Chemnitz
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Olfa Kanoun