Der Top-Down Ansatz
Die Bildhauerei der NanoweltDer Top-Down Ansatz stellt das Gegenstück zum Bottom-Up Ansatz dar und umfasst alle Methoden, bei denen große Objekte so modifiziert und verkleinert werden, dass die funktionellen Strukturgrößen auf nanoskaliger Ebene wirken und so gegebenenfalls nanotechnologische und quantenmechanische Effekte ausnutzen.
Das wichtigste und auch bekannteste Top-Down Verfahren ist die Lithographie. Historisch gesehen bezeichnet die Lithographie das „Schreiben in Stein“, aber seit geraumer Zeit wird die Photolithographie dazu benutzt, Computerchips auf mikro- und nanoskaliger Ebene zu produzieren.
Dabei wird das zu bearbeitende Material zunächst mit einem säure-unempfindlichen Schutzfilm überzogen. Danach durchläuft ein Laserstrahl erst eine Blende, deren Muster dann durch eine Kombination mehrerer Linsen stark verkleinert wird. Nun trifft der Strahl auf den Schutzfilm, der durch die Einwirkung aufgelöst wird. An diesen Stellen liegt das Material nun frei und eine Säure kann genau an diesen Stellen das Muster der Blende einätzen. Somit lassen sich beispielsweise extrem kleine Schaltkreise auf Silizium-Oberflächen erstellen. Auch wenn die hier erreichten Strukturen schon im Nanometerbereich liegen, wird die Verkleinerung durch die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts begrenzt, was mehrere Gründe hat. Zum einen verschlechtern die dann verstärkt auftretenden Beugungserscheinungen die Präzision des Laserstrahls. Zum anderen sind Methoden mit kurzwelligerem Licht (UV und Röntgen) deutlich schwerer zu handhaben und auch kostenintensiver.
Neue Lithographie-Verfahren erzielen deutlich präzisere Ergebnisse, indem das Material nicht mit Licht, sondern beispielsweise mit den kurzwelligeren Ionen und Elektronen bearbeitet wird . Die bei Photonen auftretenden Probleme sind hier nicht gegeben. Zwar kommen hier keine optischen Linsen zum Einsatz, aber der prinzipielle Ablauf ist der gleiche.
Ein anderes Top-Down Verfahren ist die direkte Prägung. Dies kann entweder durch direkte Bestrahlung mit Elektronen oder Ionen geschehen oder auch durch einen mechanischen Stempel. Wenn ein gebündelter und gepulster Ionenstrahl auf eine geeignete, gleichmäßige Oberfläche trifft, so kann er einen regelrechten Krater hinterlassen, übliche Durchmesser liegen im Bereich von etwa 10nm . Somit ließen sich Informationen (binär: Krater – kein Krater) in extrem hoher Dichte schreiben. Im Kontrast zu heutigen DVDs (etwa 300nm pro Krater) ein deutlicher Fortschritt.
Die Prägung durch einen mechanischen Stempel funktioniert im Prinzip in etwa so wie in der klassischen Physik. Ein hartes Material wird mittels verschiedener Techniken zu einem Negativ des gewünschten Nanomusters geformt. Da dies ein einmaliger Vorgang ist, kommen auch aufwändige Verfahren in Betracht, um ein gutes Ergebnis zu erreichen. Dieser Stempel wird dann auf die zu prägende Oberfläche, beispielsweise eine mit Gold überzogene Siliziumfläche gedrückt, wo das entsprechende Muster hinterlassen wird. Mit dieser Technik werden bereits heute Schaltkreise mit Abmessungen um die 10nm sehr effizient hergestellt.
