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Klaus von Klitzing (* 1943), Deutschland

Nobelpreis für Physik 1985

Porträtbild
Bild: Klaus von Klitzing im Jahr 2007 [1]

für die Entdeckung des sogenannten quantisierten Hall-Effekts

Klaus von Klitzing erlebte als Flüchtlingskind das Ende des zweiten Weltkrieges im Landkreis Vechta, wuchs in Niedersachsen auf und studierte an der TU Braunschweig Physik. Seine Entdeckung, die schließlich zum Nobelpreis führte, entsprang 1980 einer Forschungsarbeit am Hochfeld-Magnetlabor in Grenoble, die sich mit dem Hall-Effekt bei tiefen Temperaturen und hohen Magnetfeldstärken beschäftigte. Sie beinhaltet, dass im Gegensatz zum "normalen" Hall-Effekt die senkrecht zu einem elektrischen Strom auftretende Spannung bei diesen Randbedingungen nicht linear ansteigt, sondern stufenförmig. Bildet man das Verhältnis der o.g. Spannung und Stromstärke, bezeichnet man die resultierende Größe als "Hall-Widerstand". Dieser nimmt, wie von Klitzing nachweisen konnte, unter obigen Voraussetzungen stets ganzzahlige Vielfache des Quotienten aus der Planckschen Konstanten h und der ebenfalls eine Naturkonstante darstellenden Elementarladung e in der Form h/e2 an, ist also weder von den Materialeigenschaften des untersuchten Stoffes noch von der Stärke des herrschenden Magnetfeldes abhängig. Ihm zu Ehren wird dieser Quotient "Klitzingkonstante" RK genannt und dient derzeit zur Definition der Norm des elektrischen Widerstandes.

Von Klitzing ist in einigen Patentanmeldungen zumindest als Miterfinder aufgeführt, die aber nicht nur die Nutzung des Quanten-Hall-Effekts bei elektronischen Bausteinen zum Inhalt haben. Wie häufig bei Anmeldungen dieser Art und mehreren genannten Erfindern ist der tatsächliche Beitrag eines Einzelnen für einen Außenstehenden nicht zweifelsfrei zu bestimmen. Trotzdem ist es sinnvoll, hier auf zwei dieser Patentanmeldungen einzugehen, um konkrete praktische Auswirkungen seiner breit angelegten Forschungsarbeit auf dem Gebiet der Festkörperphysik zu dokumentieren.

Quantenpunkte

So zeigt etwa pdf- Datei (1,95 MB) DE 195 22 351 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Quantenpunkten und Tunnelbarrieren, wie sie für die Realisierung von Einzelektronen-Transistoren etwa in Logik-Schaltungen Voraussetzung sind.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Generierung eines Quantenpunktes (aus DE 195 22 351 A1 )

Ein Quantenpunkt ist als Bereich zu verstehen, in dem Ladungsträger in allen Richtungen von Potentialbarrieren umgeben sind und der quantisierte, also diskrete, Energieniveaus aufweist. Der Einsatzbereich solcher Transistoren erstreckt sich auf integrierte Schaltungen aller Art, wie sie bei Elektrometern und Detektoren Verwendung finden. Das Grundkonzept dieser Patentanmeldung ist Figur 1 zu entnehmen, die die Ausbildung eines Quantenpunkts 52 im Zentrum einer mehrschichtigen Anordnung von unterschiedlichen Halbleitermaterialien auf einem Substrat 10 zeigt und unter anderem zwei Gate-Elektroden 24, 26 und zwei grabenartig ausgeformte Strukturen 12, 14 umfasst.

Druckmessgerät

Die überwiegende Anzahl der Klaus von Klitzing als Erfinder nennenden Patentdokumente weisen Großforschungseinrichtungen als ursprünglichen Patentanmelder aus. Dass seinerseits keine Berührungsängste zur Industrie und somit zur breiter angelegten Nutzung seiner Forschung existieren, beweist die Anmeldung pdf- Datei DE 42 38 545 A1 .

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Schichtaufbau eines Drucksensorbausteins (aus DE 42 38 545 A1 )

Sie stammt aus der Automobilindustrie und stellt einen Sensor vor, der für einen Einsatzbereich geeignet ist, in dem Druckwerte von mehr als 1000 bar gemessen werden sollen. Die Grundidee dieser Anmeldung besteht darin, eine Halbleiterdiode so mit einer Heterostruktur zu einem geschichtet aufgebauten sehr stabilen Halbleiterbauelement zu vereinigen, dass eine von außen an dieses angelegte Spannung dazu führt, dass senkrecht durch die parallel zueinander aufgetragenen Schichten ein Strom fließt. Dieser Strom wird über einen quantenmechanischen Tunnelprozess bestimmt und ist eine Funktion des Druckes, dem dieses Bauelement ausgesetzt ist. Die Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau des Sensorgrundbausteins aus Kontaktbereichen K, dem Substrat 1 und mehreren Halbleiterschichten 2-8 mit unterschiedlicher Dotierung.

Patentdokumente zu Klaus von Klitzing
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei US 5 385 865 A   1990  Method of generating active semiconductor structures by means of starting structures which have a 2D charge carrier layer parallel to the surface 
pdf-Datei DE 41 01 389 A1   1991  Halbleiterbauteil mit adiabatischem Transport in Randzuständen 
pdf-Datei DE 42 38 545 A1   1992  Drucksensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung 
pdf-Datei DE 43 08 375 A1   1993  Störspannungskompensierte Halleffekt-Einrichtung 
pdf-Datei EP 0 704 710 B1   1994  Method for compensating the piezoresistive offset voltage in doubly connected Hall effect devices based on silicon 
pdf-Datei DE 195 22 351 A1   1995  Verfahren zur Herstellung von Quantenstrukturen, insbesondere von Quantenpunkten und Tunnelbarrieren sowie Bauelemente mit solchen Quantenstrukturen 
pdf-Datei US 2005 0 099 345 A1   2003  Detector for electromagnetic radiation and a method of detecting electromagnetic radiation 

Quellen:

[1] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Klausvonklitzing.jpg&filetimestamp=20070510222625 [recherchiert am 5.9.2011]

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016