(PhysOrg.com) -- Laser-interferentielithografie kan zeer hoge resolutie nanoschaal oppervlaktepatronen produceren tegen lage kosten, en nu hebben Europese onderzoekers belangrijke doorbraken op dit gebied bereikt.

Twee belangrijke doorbraken van Europese onderzoekers hebben een opkomende fabricagetechnologie op nanoschaal uit het laboratorium en in de echte wereld gebracht. De techniek belooft goedkopere productie van nano-apparaten bij hogere resoluties.

Het betekent betere en goedkopere productiemethoden voor onder meer zelfreinigende materialen, nanosensoren en roosters, nanofilters voor schone lucht en water en speciale antireflectie-oppervlakken voor zonnetechnologie.

Interferentielithografie is een oppervlaktepatroontechniek die enorme belangstelling heeft gewekt in laboratoria over de hele wereld. Maar het DELILA-project haalde het uit het lab en bewees dat de techniek op commerciële schaal kon werken, al die tijd het bereiken van doorbraken van wereldklasse. De technologie zal binnen twee tot drie jaar helpen om de volgende golf van nanotechnologie te creëren.

Nauwkeurige interferentie

Laserinterferentielithografie creëert oppervlaktepatronen door een coherente lichtstraal te splitsen, zeg een laserstraal, en dan het licht heel precies opnieuw combineren, zodat de gesplitste bundels elkaar kruisen en interferentiepatronen creëren. Opgeteld, deze patronen produceren een oppervlaktepatroon op materiaal, die vervolgens op de normale manier kunnen worden verwerkt.

Interferentielithografie is aantrekkelijk omdat het de snelle generatie van dichte kenmerken over een groot gebied mogelijk maakt zonder verlies van focus. Het is ook goedkoper om deze productielijnen te bouwen omdat ze geen complexe optische technologie of fotomaskers vereisen.

De besparingen zijn zeer aanzienlijk. Waar typische fabricagesystemen in de miljoenen euro's kosten, systemen gebaseerd op DELILA's doorbraken zouden slechts in de honderdduizenden kosten.

Dominante technologie

“Het is bekend dat nanotechnologie in deze eeuw een dominante rol zal spelen in bijna alle wetenschappelijke en industriële gebieden voor de ontwikkeling van nieuwe materialen, apparaten en systemen, ” wijst Zuobin Wang op, coördinator van het DELILA-project en senior research fellow aan het Manufacturing Engineering Centre (MEC) van de University of Cardiff. "Echter, het belangrijkste probleem blijft het gebrek aan goedkope en volumeproductietechnologieën en -systemen.”

“We hebben ons gericht op de ontwikkeling van een nieuwe productietechnologie voor het fabriceren van 2D- en 3D-nanostructuren en apparaten, laserinterferentielithografie. Vooral, DELILA zal goedkope en grootschalige productie van nano-oppervlaktestructuren en -patronen mogelijk maken.”

DELILA staat voor Development of Lithography Technology for Nanoscale Structuring of Materials Using Laser Beam Interference. Behalve dat het goedkoop is, deze methode kan 2D- en 3D-nanostructuren printen. Het maakt het perfect voor nano-fotonische en nano-elektronische apparaten en micro- en nano-fluïdische apparaten.

Nanofluïdica is een gebied van nanotechnologie dat kijkt naar het gedrag van vloeistoffen op extreem kleine afmetingen - handelend op een manier die voorspelbaar kan worden gemanipuleerd. Het heeft veel toepassingen in de productie waar vloeistoffen bij betrokken zijn, zoals het testen van kleine monsters van een medicijn, bijvoorbeeld. Het vakgebied staat nog in de kinderschoenen, maar heeft nu al een enorme impact. DELILA zal het een nieuwe tool geven.

Breed front

Het team viel het probleem op een breed front aan, kijken naar alles, van het technologische potentieel van interferentie met meerdere bundels tot gebruikersbehoeften. De belangrijkste focus van het werk, echter, was bij het bouwen van een levensvatbaar productieprototype.

Hier was het probleem de verschillende elementen in het systeem te integreren en vervolgens elk element te perfectioneren. Een belangrijke doorbraak vond plaats met het afstemmingsgedeelte van het werk, het manipuleren van licht om de interferentie in de patronen en op de vereiste schalen te creëren.

DELILA toonde voor het eerst functiegroottes van ~30nm voor direct schrijven en ~5nm voor modificatie van nanostructuren. Dit zijn state-of-the-art resultaten voor de technologie.

Direct schrijven is waar laserstraalinterferentie patronen rechtstreeks op een matrijs etst, zonder een fotomasker te gebruiken. Het is veel goedkoper dan standaardprocessen om de vereiste functies te bereiken. Het resultaat van 30 nm verwijst naar de capaciteit van het systeem om nauwkeurige functiegroottes in het gewenste patroon te creëren.

Het resultaat van de structuurwijziging, echter, is in veel opzichten interessanter. Dit is de kleinst mogelijke structuur die het systeem op dit moment kan bereiken. Het is momenteel niet voldoende nauwkeurig voor commerciële toepassing, maar het feit dat DELILA enige wijziging op deze schaal heeft kunnen realiseren, geeft aan dat het mogelijk zal zijn om de vereiste precisie voor commerciële doeleinden te bereiken. Dit wordt het volgende onderzoeksdoel.

duidelijk druk

Tijdens het project had het team een ​​drukke agenda. Naast het produceren van baanbrekende resultaten, het team diende vijf octrooiaanvragen in en meer dan 20 technische publicaties, veel meer dan verwacht.

Aspecten van hun werk zijn nu direct marktrelevant, met commerciële producten op basis van DELILA's resultaten, gepland om in de komende twee tot drie jaar echte apparaten te gaan fabriceren.

Misschien nog spannender, echter, is het vooruitzicht van veel grotere vooruitgang in de technologie in de nabije toekomst.

Onthouden, DELILA bereikte structuren van slechts 5nm met behulp van de technologie. Hoewel dit resultaat ook nog niet commercieel klaar is, Wang gelooft dat het team in de komende vijf jaar commercieel 5nm direct schrijven kan bereiken met laserinterferentielithografie.