Nanostrukturierung von porösem Silizium für aktive optische Nahfeldsonden

Die fortschreitende Erhöhung des Integrationsgrades moderner
elektronischer und optoelektronischer Bauelemente erfordert im
zunehmenden Maße eine Funktionalisierung von Systemstrukturen auf
Nanometerskala. In diesem Zusammenhang bietet poröses Silizium
(PSi) ein heute noch nicht abschätzbares Anwendungspotential, da
vor allem seine optischen Eigenschaften auf Quanteneffekten
(„quantum confinement“) in Kristalliten beruhen, deren Ausdehnung
nicht mehr als wenige Nanometern betragen. So sind beispielsweise
sehr einfach aufgebaute nanoskalige Punkt- und Linienstrukturen aus
porösem Silizium vorstellbar, die ganz bestimmte optische, aber
auch elektrische Eigenschaften besitzen. Die vorliegende Arbeit
trägt mit ihren Untersuchungen zur Herstellung von integrierten
PSi-Emittersensoren für die optische Nahfeldmikroskopie zur
Erforschung und Entwicklung solcher nanoskaligen Funktionselemente
bei. Dabei mußte weitgehend technologisches Neuland beschritten
werden, denn der geforderte Miniaturisierungsgrad für
Nahfeldlichtquellen verlangte eine Verfeinerung der
Strukturierungsverfahren für poröses Silizium bis zur Größenordnung
von 100 nm und darunter. Die speziell zu diesem Zweck entwickelten
lokalen PSi-Formierungsverfahren eigenen sich jedoch nicht nur für
die definierte und reproduzierbare Formierung nanoskaliger
PSi-Regionen an nahfeldoptischen Sensorspitzen. Da sie zu
herkömmlichen Siliziumtechnologien kompatibel sind, ermöglichen sie
die extrem lokalisierte, monolithische Integration von porösem
Silizium in Si-Bauelementen der unterschiedlichsten Strukturformen.
Im Ergebnis der Arbeit konnten zwei verschiedene Lösungswege zur
Realisierung eines integrierten optischen PSi-Nahfeldsensors
aufgezeigt werden. Diese beruhen zum einen auf dem herkömmlichen
AFM-Siliziumcantilever und zum anderen auf einem neu entwickelten
AFM-Scherkraftsensor. Beide Fertigungskonzepte erlauben eine
ökonomisch vertretbare Herstellung des Sensors in einem
kostensparenden industriellen Batch-Prozeß, da alle notwendigen
technologischen Herstellungsschritte parallelisierbar und in
übliche Herstellungsprozesse der Rastersondenfertigung auf
Halbleiterbasis implementierbar sind.