Gesundheit : Eine Lampe nach Maß

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt baut in Berlin-Adlershof für 20 Millionen Euro ein neues Labor

Thomas de Padova

Wir leben in einer kryptischen Zeit. Die Ärzte messen den Blutdruck in „Millimetern Quecksilbersäule“, im Wetterbericht ist von „Hektopascal“ die Rede, auf den Warenterminmärkten wird Gold in „Feinunzen“, das Rohöl in „Barrel“ und das Heizöl in „Gallonen“ gehandelt. Dass trotzdem alles mit rechten Dingen zugeht, wenn wir mit Waage und Blutdruckmessgerät umgehen oder beim Tanken an der Zapfsäule stehen, dafür sorgt in Deutschland ein nationales Metrologieinstitut: die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Sie schafft hier zu Lande alle Voraussetzungen für eine zuverlässige Messtechnik und die Überprüfung aller nur denkbaren Messgeräte.

Nun baut die PTB im Wissenschaftspark Berlin-Adlershof für 20 Millionen Euro ein neues Forschungslabor: das „Willy-Wien-Labor“, benannt nach dem Physiker Wilhelm Wien, der um 1900 in Berlin die Geheimnisse der Wärmestrahlung enthüllte. In gut vier Jahren soll die stattliche Ringanlage von 48 Metern Umfang erstmals ultraviolettes und Röntgenlicht aussenden. „Der Vorentwurf wurde gerade genehmigt“, sagt der Berliner Institutsleiter Wolfgang Buck. Das Geld kommt – wie stets bei der PTB – aus dem Bundeswirtschaftsministerium.

Die Physiker und Ingenieure möchten in Berlin künftig noch genauere Strahlungsmessungen machen, um die Halbleitertechnik und optische Industrie zu unterstützen, die bereits die nächsten Generationen immer kleinerer Computerchips ins Auge gefasst haben. Aber auch die amerikanische Weltraumbehörde Nasa wird hier Kunde sein. Sie möchte zum Beispiel mit geeichten Instrumenten die Strahlungsleistung der Sonne bestimmen. „Da müssen kleine Veränderungen über einen sehr langen Zeitraum hinweg gemessen werden“, sagt Buck.

Die Entscheidung der PTB für die neue Forschungsanlage kommt nicht überraschend. 40 Mitarbeiter der PTB betreiben bereits gegenwärtig ein Labor an der deutlich größeren Strahlungsquelle „Bessy II“ in Adlershof, einem 240 Meter langen und 100 Millionen Euro teuren Ringbeschleuniger.

In dem schmucken Speicherring kreisen seit nunmehr fünf Jahren Elektronen. Immer wenn sich die winzigen Partikel in die Kurve legen, geben sie einen Teil ihrer Energie als Strahlung ab. Dieser Bremsverlust – vergleichbar mit dem Abrieb eines Autoreifens in der Kurve – ist bei Bessy II wegen der hohen Geschwindigkeit der Elektronen enorm. Von dem ausgesandten Röntgenlicht profitieren Biologen und Physiker, die dank der brillanten Strahlung Moleküle abbilden und neue Materialien durchleuchten können.

Der Bedarf der Forscher an hochenergetischem Röntgenlicht wächst in der ganzen Welt von Jahr zu Jahr. Daher hat sich die Bundesregierung Anfang dieses Jahres dazu entschlossen, das „Deutsche Elektronen-Synchrotron“ (Desy) in Hamburg zu einem Zentrum für Röntgenlichtquellen umzugestalten. Berlin könnte mit Bessy II, dem jetzt von der PTB geplanten Willy-Wien-Labor und einem neuen, an Bessy II angegliederten Röntgenlaser, über dessen Bau noch nicht entschieden wurde, eine zweite solche Hochburg werden. Alle drei Apparaturen sollen auf demselben Gelände in Adlershof stehen.

Die PTB wird ihren Messplatz bei Bessy II auch künftig aufrecht erhalten. Denn so hohe Energien wie Bessy II erreicht ihr fünfmal kleinerer Speicherring nicht. Dafür schließt das Willy-Wien-Labor eine Lücke, die an den jetzigen und künftigen Bedürfnissen der Industrie orientiert ist und einzigartige Präzisionsmessungen erlaubt.

Das Licht, das die Elektronen aussenden werden, soll gerade die richtigen Eigenschaften besitzen, um als Werkzeug für die Herstellung von Computerchips zu taugen. Unternehmen wie die Carl Zeiss AG könnten damit in Zukunft ihre Spiegel, Linsen und Detektoren, die in der Chipfertigung zum Einsatz kommen, zuverlässig testen.

Licht ist heute unerlässlich, um kleinste Strukturen in Materialien, etwa in eine Siliziumscheibe, einen „Wafer“, zu ätzen. Man bringt dazu einen Tropfen Fotolack auf den Wafer. Bei schneller Rotation der Scheibe schmiert der Tropfen zu einem dünnen Film aus. In der Belichtungsmaschine legt sich nun eine zuvor hergestellte Maske über die Scheibe. Sie enthält bereits das Muster für spätere Schaltkreise. Durch die Maske fällt an den entsprechenden Stellen ultraviolettes Licht, künftig auch Röntgenlicht, auf den Fotolack. Er verändert sich chemisch, anschließend ätzt eine Flüssigkeit das Silizium aus dem Wafer heraus. So gelangt nach und nach ein Schaltungsmuster – feiner als mit einem Millionstel Millimeter genauen Stift gezeichnet – auf den Chip.

Um jedoch immer kleinere Strukturen industriell fertigen zu können, benötigen die Chiphersteller Licht immer kleinerer Wellenlänge: extremes Ultraviolettlicht, wie es die PTB-Anlage bereitstellen wird. Solches Licht mit Hilfe von Spiegeln und Linsen zu fokussieren, ist bislang kaum möglich. „Es ist eine große Herausforderung, eine solche Optik aufzubauen“, sagt PTB-Experte Gerhard Ulm. „Und wir werden die optimale Lichtquelle haben, um zum Beispiel die Reflexionseigenschaften der Spiegel zu prüfen.“

Die PTB wird wieder einmal im Hintergrund tätig sein, UV- und Röntgenlampen eichen, Detektoren und elektronische Bauteile testen. „Und in Berlin gibt es dafür ein exzellentes Umfeld“, sagt Wolfgang Buck. „In Adlershof brummt die Wissenschaft“.

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