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Preiswertes Massenproduktionsverfahren für die Nanotechnologie

Tausende innovativer Nanotechnologiekonzepte warten nur auf für die Massenproduktion geeignete Verfahren, um den Weg zur wirtschaftlichen Verwertung gehen zu können. EU-finanzierte Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, das kostengünstige Nanofabrikation mit hohem Durchsatz verspricht.
Preiswertes Massenproduktionsverfahren für die Nanotechnologie
Die Nanotechnologie bzw. die Entwicklung funktionaler "Maschinen" in der Größenordnung einzelner Atome und Moleküle hat auf vielen Gebieten wie der Elektronik und der Werkstoffwissenschaften ganz enorme Fortschritte erzielt.

Eines der größten Hindernisse, die der Kommerzialisierung von Nanotechnologiekonzepten und -entwürfen bislang im Wege standen, waren die Schwierigkeiten bei der Überführung der Fertigung in die Massenproduktion.

Viele kleine und mittlere Unternehmen (KMU), die auf dem Gebiet der Nanotechnologie arbeiten, sind im Hinblick auf Investitionen in die derzeit teure Ausrüstung zur Nanofabrikation eher besonders im Nachteil.

Die Nanoimprintlithographie (NIL) ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Musters in Atomgröße auf einem Polymersubstrat unter Einsatz eines Stempels. Im Gegensatz zu tief-Ultraviolett- und extrem-Ultraviolett-Lithographie (deep-ultraviolet, DUVL, bzw. extreme-ultraviolet lithography, EUVL), bei der man auf stark fokussiertes Licht angewiesen ist, um Muster in Wafer einzubringen, kommt bei der NIL einfache mechanische Verformung zum Einsatz. Die Nanoimprintlithographie punktet mit deutlich geringeren Kosten als DUVL und EUVL, hohem Durchsatz und guter Auflösung, was sie für die KMU besonders attraktiv erscheinen lässt.

Ein Konsortium europäischer Forscher stand vor der Aufgabe, die NIL für die Ultrahochpräzisionsfertigung dreidimensionaler (3D) Nanostrukturen weiterzuentwickeln und konnte dabei auf Finanzmittel des 3Dnanoprint-Projekts ("Nanoimprint lithography for novel 2- and 3- dimensional nanostructures") zurückgreifen.

Die Wissenschaftler entschieden sich für Testkonzepte unter Einsatz von photonischen 3D-Kristallen, geschichtlich betrachtet sehr schwer herzustellen sind und damit ein exzellenter Indikator für den Projekterfolg sind.

Photonische Kristalle sind regelmäßig angeordnete optische Nanostrukturen, die für das Manipulieren von Licht (elektromagnetischer Strahlung) in Anwendungen wie reflektierenden Beschichtungen von Linsen und Spiegeln Bedeutung haben.

Sie müssen eine Periodizität oder regelmäßige Wiederholungen in der Struktur in Abständen in der Größenordnung von Nanometern entsprechend den Wellenlängen des zu manipulierenden Lichts haben. Daher stellt die Präzision eine große Herausforderung dar.

Die Wissenschaftler bauten den photonischen Kristall in der sogenannten "Holzstapelstruktur" auf. Jede nachfolgende Schicht wird unter strengen Anforderungen an die Ausrichtung auf die vorhergehende "gestapelt", um ohne Streuung und Unschärfe zu der gewünschten Periodizität zu gelangen.

Bei der Verbesserung der Schicht-zu-Schicht Ausrichtgenauigkeit wurden signifikante Fortschritte erzielt, die NIL-Polymersubstrate (Resists) und der Ätzprozess konnten verbessert werden.

Die 3Dnanoprint-Konzepte werden dazu beitragen, den Weg zu einer breit angelegten, kostengünstige Nanofabrikation in KMU und damit einer Explosion kommerziell verfügbarer, durch Nanotechnologie hergestellter Strukturen und Geräte zu bereiten, die derzeit auf für die Massenproduktion geeignete Technologien warten.

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