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Organisationseinheit der BAM
Nanotechnologien werden gegenwärtig als leistungsfähige Oberflächentechniken in erheblichem Umfange industriell genutzt. Dabei spielen dünne Schichten und deren Kenndaten eine wesentliche Rolle, z.B. als Röntgenspiegel oder optische und magnetooptische Datenträger. Die Schichtdicke zählt hierbei zu den technologisch wichtigen Parametern. Abgeleitet von Anwenderinteressen, werden für die Röntgenreflektometrie (XRR bzw. GIXR), Elektronenstrahl-Mikroanalyse (EPMA) und Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) einerseits und die Ellipsometrie andererseits zugeschnittene Schichtdickenmaßverkörperungen (SDM) entwickelt, gefertigt und untersucht. Das Ziel ist die Bereitstellung praxistauglicher, kalibrierter SDM, im weiteren Schichtdickennormale (SDN) genannt. SDN sind Maßverkörperungen, für die der Schichtdickenwert mit einer definierten Messunsicherheit bekannt und auf ein metrologisch anerkanntes Längennormal zurückgeführt ist. Berichtet wird über die Herstellung und messtechnische Charakterisierung der beiden spezifischen Varianten von Maßverkörperungen.
High-accuracy film thickness measurements in the range below 100 nm can be made by various complex methods like spectral ellipsometry (SE), scanning force microscopy (SFM), grazing incidence X-ray reflectometry (GIXR), or X-ray fluorescence analysis (XRF). The measurement results achieved with these methods are based on different interactions between the film and the probe. A key question in nanotechnology is how to achieve consistent results on a level of uncertainty below one nanometre with different techniques.
Two different types of thickness standards are realised. Metal film standards for X-ray techniques in the thickness range 10 to 50 nm are calibrated by GIXR with monochromatised synchrotron radiation of 8048 eV. The results obtained at four different facilities show excellent agreement. SiO2 on Si standards for SE and SFM in the thickness range 6 to 1000 nm are calibrated by GIXR with monochromatised synchrotron radiation of 1841 eV and with a metrological SFM. Consistent results within the combined uncertainties are obtained with the two methods. Surfaces and interfaces of both types of standards are additionally investigated by transmission electron microscopy (TEM).
The first hard X-ray beamline at BESSY II will be installed by BAM and PTB at a superconducting 7 T wavelength shifter. The main optical elements of the beamline are a Double-Multilayer-Monochromator and a Double-Crystal-Monochromator. The two devices can be used separately or in-line. Main applications of monochromatic radiation with photon energies up to 50 keV are X-ray fluorescence analysis, micro-computed tomography, X-ray topography, detector calibration and reflectometry. Calculable undispersed radiation up to 200 keV will be available for radiometric applications.
Mit einer langfristigen Forschungsstrategie begleiten die für die Sicherheit von Mensch und Umwelt zuständigen Bundesoberbehörden (Umweltbundesamt, Bundesinstitut für Risikobe-wertung, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesanstalt für Materialfor-schung und -prüfung und Physikalisch-Technische Bundesanstalt) die rasch voranschreiten-de Entwicklung neuer Materialien unter den Gesichtspunkten des Arbeits-, Verbraucher- und Umweltschutzes. Die Strategie steht daher in enger Verbindung zu den öffentlichen Förder-programmen für Nanomaterialien und andere innovative Werkstoffe, z. B. des BMBF („Vom Material zur Innovation“) und der EU („Horizon 2020“).
Die Forschungsstrategie baut auf den bisherigen Ergebnissen der 2008 begonnenen und 2013 erstmals bilanzierten gemeinsamen Forschungsstrategie der Bundesoberbehörden „Nanotechnologie - Gesundheits- und Umweltrisiken von Nanomaterialien"1 auf und erweitert den Blickwinkel auch auf andere Materialinnovationen, bei denen vergleichbare Risiken für Mensch und Umwelt bestehen oder abgeklärt werden müssen. Darüber hinaus greift sie die Idee „anwendungssichere chemische Produkte“2 aus der Initiative „Neue Qualität der Arbeit“ (INQA) des Bundesministeriums für Arbeit und Soziales (BMAS) und das Konzept der nach-haltigen Chemie3 auf, das vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reak-torsicherheit (BMUB) unterstützt wird. Durch eine anwendungssichere und umweltverträgli-che Gestaltung innovativer Materialien und ihrer Folgeprodukte sollen nicht akzeptable Risi-ken für Mensch und Umwelt von Anfang an weitgehend ausgeschlossen werden. Dies kann erreicht werden durch
1.
die Verwendung sicherer Materialien ohne Gefahreneigenschaften für Mensch und Umwelt (direkte Anwendungssicherheit) oder
2.
eine Produktgestaltung, die über den gesamten Lebenszyklus emissionsarm und umweltverträglich ist (integrierte Anwendungssicherheit) oder
3.
eine Unterstützung des Anwenders (product stewardship) durch den Hersteller bei technischen, organisatorischen und persönlichen Schutzmaßnahmen zur sicheren Verwendung und Entsorgung des Produktes (unterstützte Anwendungssicherheit).
Die Fortschreibung der Forschungsstrategie soll als Bestandteil des Nanoaktionsplans 2020 der Bundesregierung Beiträge der Ressortforschung zu folgenden Schwerpunkten leisten:
•
Charakterisierung und Bewertung der Risiken von Materialinnovationen
•
Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Unternehmen
•
Fortschreiben von Rechtsvorschriften und Praxisempfehlungen
1
http://www.baua.de/nn_47716/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nanotechnologie/pdf/Forschungsstrategie.pdf
2 http://www.baua.de/de/Themen-von-A-Z/Gefahrstoffe/Nachhaltige-Chemie/Nachhaltige-Chemie.html
3
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/chemikalien-management/nachhaltige-chemie
2
•
Gesellschaftliche Akzeptanz
Die Forschungsstrategie soll mit Projekten und anderen forschungsnahen Aktivitäten umge-setzt werden. Dies umfasst die eigene Forschung der Häuser, die extramurale Ausschrei-bung und Vergabe von Forschungsdienstleistungen sowie die Beteiligung an vorwiegend öffentlich geförderten Drittmittelprojekten. Hinzu kommen Aktivitäten im Rahmen der Politik-beratung und der hoheitlichen Aufgaben. Mit inter- und transdisziplinären Ansätzen soll die Risiko- und Sicherheitsforschung enger mit der Innovationsforschung und Materialentwick-lung verknüpft werden. Die Forschungsstrategie ist aufgrund der raschen Entwicklungen auf diesem Gebiet für den Zeitraum bis 2020 angelegt. Die Forschungsziele adressieren die in diesem Zeitraum voraussichtlich umsetzbaren Forschungsansätze. Die Forschungsstrategie wird durch einen Arbeitskreis begleitet und spätestens mit Ablauf des Nanoaktionsplans 2020 evaluiert und angepasst.