Das IBC – Europas führendes Ionenstrahlzentrum

Die Ionenstrahlen des IBC am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf sind ein einzigartiges Werkzeug: Forschende können damit Materialien untersuchen und Werkstoffe gezielt verändern – etwa für neuartige Bauelemente in der Sensorik und Elektronik.

Mit diesem Implanter am Ionenstrahlzentrum des HZDR lassen sich unterschiedlichste Atomsorten in einen Werkstoff einbringen. Halbleiter erhalten zum Beispiel erst durch dieses „Spicken“ mit Fremdatomen die gewünschten elektrischen Eigenschaften. © HZDR/Oliver Killig

Ionen sind geladene Atome. Mit elektromagnetischen Feldern lassen sie sich beschleunigen und zu Strahlen bündeln. Diese Ionenstrahlen bilden ein wichtiges Werkzeug für die Erforschung und Entwicklung neuer Materialien. Mit dem „Ion Beam Center“ (IBC) betreibt das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine der weltweit leistungsfähigsten Forschungsanlagen ihrer Art. Forschende aus aller Welt können hier vielversprechende Werkstoffe untersuchen oder gezielt verändern. Industrieunternehmen wiederum nutzen die Anlagen zum Beispiel, um neuartige Bauelemente für die Sensorik und Elektronik zu entwickeln.

Mit den Anlagen am Ionenstrahlzentrum lassen sich zwei Klassen von Experimenten durchführen. Bei der Materialanalytik lässt sich erkunden, welche Eigenschaften ein Werkstoff besitzt: Aus welchen Elementen ist er zusammengesetzt, welche Eigenschaften kennzeichnen sein Kristallgefüge? Bei der Materialmodifikation dienen die Ionen als Mehrzweck-Werkzeug, das Werkstoffe verändern und maßschneidern kann. So lassen sich Oberflächen gezielt polieren oder aufrauen. Und indem man Halbleiter mit Ionen „spickt“, lassen sich elektronische Bauteile schaffen, die mit chemischen Verfahren nicht zu realisieren sind. Das Spektrum der untersuchten Werkstoffe ist breit: Es reicht von Halbleitermaterialien für die Elektronikbranche über dünne magnetische Schichten bis hin zu optischen Werkstoffen.

Der IBC-Anlagenpark ermöglicht Experimente mit nahezu allen Atomsorten – von Leichtgewichten wie Wasserstoff oder Helium bis hin zu schweren Elementen wie Gold oder Blei. Das Ionenstrahlzentrum arbeitet anwendungsnah und unterstützt auch Firmen und Unternehmen mit Rat und Tat bei der Nutzung moderner Ionenstrahltechnologien für innovative Produkte – von Materialien mit maßgeschneiderten Oberflächen bis zu neuartigen oder stark verbesserten Bauelementen für die Sensorik sowie Mikro- und Nanoelektronik.

Das IBC bietet etwa 25 Messplätze. Im Schnitt arbeiten pro Jahr rund 350 Nutzerinnen und Nutzer an der Ionenstrahlanlage in Dresden-Rossendorf. Bis zu 20 Prozent der Projekte kommen aus der Industrie – ein hervorragender Wert. Die Unternehmen greifen auf die Möglichkeiten des IBC nicht nur für ihre Forschung und Entwicklung, sondern auch für die Produktion von Bauteilen, zum Beispiel für die Leistungselektronik, zurück. Als Ansprechpartner für die Industriepartner fungiert eine Ausgründung, die „HZDR Innovation GmbH“.

Die jährlichen Betriebskosten des IBC tragen Bund und Freistaat Sachsen im Verhältnis von 90 zu 10 Prozent. Im Rahmen der Verbundforschung fördert das Bundesforschungsministerium außerdem derzeit mit über 1,6 Millionen Euro (Förderzeitraum 2013 bis 2019) Projekte deutscher Universitäten am IBC.