Anwenderberichte
Auch die neue UHV-Anlage von Professor Andreas Wieck an der Ruhr-Universität Bochum benötigt Vorvakuum.
© Ruhr Universität Bochum
Sie eliminieren 99,9 % der unerwünschten Gase bei Verfahren wie Molekularstrahlepitaxie (MBE) und fokussierter Ionenstrahlimplantation (FIB): Ölfreie Membranpumpen von VACUUBRAND laufen als Vorpumpen an der Ruhr-Universität Bochum im Dauerbetrieb. Mit ihrem Vakuum unterstützen sie die Erzeugung von Hoch- und Ultrahochvakuum. Im Interview sprechen wir mit Professor Andreas Wieck, Leiter vom Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik.
Welche Vakuumtechnik von VACUUBRAND verwenden Sie?
Professor Andreas Wieck: Ich bin von den Produkten von VACUUBRAND sehr angetan, vor allem von den Membranpumpen. Für unsere Forschung benötigen wir Hoch- und Ultra-Hochvakuum. Wir müssen dabei ölfrei arbeiten und verwenden deswegen trockene Scroll- oder Membranpumpen als Vorpumpen. Hier setzen wir gleich auf zwölf Exemplare der dreistufigen Membranpumpe MD 4 NT. Ich führe mein Labor wie eine Firma möglichst effizient. Deshalb ist es mir wichtig, nur einen einzigen Gerätetyp zu verwenden.
Welche Forschung unterstützt diese Vakuumtechnik?
Professor Andreas Wieck: Wir haben uns auf sogenannte III/V-Halbleiter spezialisiert, also aus der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems: im Wesentlichen Arsenide wie beispielsweise Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid und Indiumgalliumarsenid. Demnächst werden wir auch Antimonide herstellen.
Wir erzeugen dünne Schichten dieser Halbleiter, in die wir auch sogenannte Quantenpunkte einschließen. Für die Forschung an diesen kleinen künstlichen Atomen ist meine Forschungsgruppe relativ bekannt geworden. Der Zweck besteht darin, neuartige Transistoren, Laser, Einzelphotonenquellen und Dioden bauen zu können.
Was sind Quantenpunkte?
Die sogenannten Quantum Dots sind nanoskopisch kleine, halblinsenförmige Kristalle mit einem Durchmesser von typ. 30 nm und einer Höhe von typ. 5 nm. Sie bestehen aus ca. hunderttausend Atomen üblicherweise eines Halbleiters, der in einen anderen eingebettet ist. Dank der geringen Strukturgröße und dem Einschluss der Ladungsträger im Quantum Dot, der eine kleinere Energielücke als das umgebende Material hat, treten quantenmechanische Effekte auf: Die enthaltenen Elektronen sind anders als bei herkömmlichen Halbleitern in allen drei Raumrichtungen eingeschränkt. Quantenpunkte weisen folglich scharfe und diskrete Energieniveaus ähnlich der eines Atoms auf. Deswegen werden sie auch als künstliche Atome bezeichnet. Zusätzlich lassen sie sich bezogen auf Form, Größe und Anzahl der Elektronen individuell gestalten und führen dadurch zu neuartigen Materialeigenschaften. Wichtig ist dies für innovative Bauelemente beispielsweise der Optoelektronik – wie Transistoren, Laser und Dioden. Insbesondere die Quanten-Informationstechnik kann davon profitieren.
Professor Wieck an Emitter Maker Anlage zum Füllen von fokussierten Ionenemittern im Vakuum; rechts unten die MD 4 NT Membranpumpe
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Was müssen die Membranpumpen konkret leisten?
Professor Andreas Wieck: Unsere Halbleiter stellen wir mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) und fokussierter Ionenstrahlimplantation (FIB) her. Beide Verfahren benötigen Ultrahochvakuum und damit eine Sequenz unterschiedlicher Pumpen:
Als erstes legen wir eine Probe in die Ladekammer. In der Regel pumpen wir diese Kammer mit einer Kombination aus Vorpumpe und Turbopumpe ab. Dabei leistet die Membranpumpe MD 4 NT von VACUUBRAND als Vorpumpe die Hauptarbeit! Sie pumpt 99,9 % der unerwünschten Gase bis ca. 1 mbar aus der Kammer. Wenn dann durch die Turbopumpe der Druck auf 10-6 bis 10-7 mbar gesunken ist, öffnen wir ein Schieberventil und transportieren die Probe in die nächste Kammer. Diese wird anschließend von einer Ionengetterpumpe auf das gewünschte Ultrahochvakuum von 10-10 oder 10-12 mbar evakuiert.
Was gefällt Ihnen an der MD 4 NT besonders?
Langlebige Membranpumpe MD 4 NT zur Erzeugung von Vorvakuum
Professor Andreas Wieck: Mir ist früh aufgefallen, dass diese Pumpen besser ausgewuchtet sind als die Produkte anderer Hersteller. Ich schätze daran, dass sie relativ ruhig sind. Und obwohl ich Professor bin (lacht), weiß ich, was die Pumpen im Labor leisten müssen. Die Membranpumpen von VACUUBRAND sind sozusagen unsere Arbeitstiere, die ausgezeichnet laufen. Wir schalten sie einmal ein und wissen, dass wir den Prozess für gewöhnlich lange fahren können und zwischendurch nicht belüften müssen. Das ist auch gut so, denn im Labor haben wir einfach viele andere Dinge zu tun. Mein Tipp für die Praxis: Wir haben die Erfahrung gemacht, dass Laufzeiten von mehreren Jahren am Stück möglich sind, wenn wir den Kühlungs-Luftfluss über und unter der Pumpe ungehindert lassen.
Wir bedanken uns bei Professor Andreas Wieck und der Ruhr-Universität Bochum für das Interview.
