Fantastisk ny laser nano-fremstillingsteknologi

(PhysOrg.com) -- Laserinterferenslitografi kan producere overflademønstre i meget høj opløsning i nanoskala til lave omkostninger, og nu har europæiske forskere gjort vigtige gennembrud på området.

To vigtige gennembrud fra europæiske forskere har bragt en ny fabrikationsteknologi i nanoskala ud af laboratoriet og ind i den virkelige verden. Teknikken lover lavere omkostninger til produktion af nano-enheder ved højere opløsninger.

Det vil betyde bedre og billigere produktionsmetoder for ting som selvrensende materialer, nano-sensorer og gitre, nanofiltre til ren luft og vand og specielle antirefleksoverflader til solteknologi.

Interferenslitografi er en overflademønsterteknik, der har skabt enorm interesse i laboratorier over hele verden. Men DELILA-projektet tog det ud af laboratoriet og beviste, at teknikken kunne fungere i kommerciel skala, alt imens man opnår gennembrud i verdensklasse. Teknologien skal være med til at skabe den næste bølge af nanoteknologi om to til tre år.

Præcis interferens

Laserinterferenslitografi skaber overflademønstre ved at opdele en sammenhængende lysstråle, sige en laserstråle, og derefter rekombinere lyset meget præcist, så de splittede stråler krydser hinanden og skaber interferensmønstre. Tilføjet sammen, disse mønstre producerer et overflademønster på materialet, som så kan behandles på normal vis.

Interferenslitografi er attraktiv, fordi den giver mulighed for hurtig generering af tætte funktioner over et bredt område uden tab af fokus. Det koster også mindre at bygge disse produktionslinjer, fordi de ikke kræver kompleks optisk teknologi eller fotomasker.

Besparelserne er meget betydelige. Hvor typiske fremstillingssystemer koster i millioner af euro, systemer baseret på DELILAs gennembrud ville kun koste i hundredtusindvis.

Dominerende teknologi

"Det er kendt, at nanoteknologi vil spille en dominerende rolle i dette århundrede i næsten alle de videnskabelige og industrielle områder for udvikling af nye materialer, enheder og systemer, ” påpeger Zuobin Wang, koordinator for DELILA-projektet og seniorforsker ved University of Cardiffs Manufacturing Engineering Center (MEC). "Imidlertid, Hovedproblemet er fortsat manglen på lavpris- og volumenproduktionsteknologier og -systemer."

"Vi fokuserede på udviklingen af ​​en ny produktionsteknologi til fremstilling af 2D og 3D nanostrukturer og enheder, laser interferens litografi. I særdeleshed, DELILA vil muliggøre lavpris- og storvolumenproduktion af nano-overfladestrukturer og -mønstre."

DELILA står for Development of Lithography Technology for Nanoscale Structure of Materials Using Laser Beam Interference. Ud over at være billig, denne metode kan udskrive 2D og 3D nano-strukturer. Det gør det perfekt til nanofotoniske og nanoelektroniske enheder og mikro- og nanofluidiske enheder.

Nano-fluidics er et felt inden for nanoteknologi, der ser på væskers adfærd ved ekstremt små dimensioner - der virker på en måde, der kan manipuleres forudsigeligt. Det har mange anvendelser i fremstilling, hvor væsker er involveret, såsom at teste små prøver af et lægemiddel, for eksempel. Feltet er stadig i sin vorden, men det har allerede en enorm indflydelse. DELILA vil give den et nyt værktøj.

Bred front

Holdet angreb problemet på bred front, ser på alt fra det teknologiske potentiale ved multipel stråleinterferens til brugerbehov. Hovedfokus for arbejdet, imidlertid, var ved at bygge en levedygtig produktionsprototype.

Her var problemet at integrere de forskellige elementer i systemet og derefter perfektionere hvert element. Et vigtigt gennembrud skete med tuning-delen af ​​værket, manipulere lys for at skabe interferensen i mønstrene og i de krævede skalaer.

DELILA viste for første gang funktionsstørrelser på ~30nm til direkte skrivning og ~5nm til modifikation af nanostrukturer. Disse er state-of-the-art resultater for teknologien.

Direkte skrivning er, hvor laserstråleinterferens ætser mønstre direkte på en matrice, uden brug af fotomaske. Det er meget billigere end standardprocesser for at opnå de nødvendige funktioner. 30nm-resultatet refererer til systemets kapacitet til at skabe præcise funktionsstørrelser i det ønskede mønster.

Resultatet af strukturændringen, imidlertid, er på mange måder mere interessant. Dette er den mindst mulige struktur, som systemet kan opnå lige nu. Den er i øjeblikket ikke tilstrækkelig præcis til kommerciel anvendelse, men det faktum, at DELILA var i stand til at opnå enhver modifikation i denne skala, indikerer, at det vil være muligt at opnå den nødvendige præcision til kommercielle formål. Dette bliver det næste forskningsmål.

Patent travlt

Teamet havde en travl tidsplan under projektet. Ud over at producere banebrydende resultater, holdet indsendte fem patentansøgninger og mere end 20 tekniske publikationer, mange flere end forventet.

Aspekter af deres arbejde har direkte markedsrelevans nu, med kommercielle produkter baseret på DELILAs resultater, der skal begynde at fremstille rigtige enheder i løbet af de næste to til tre år.

Måske endnu mere spændende, imidlertid, er udsigten til meget større fremskridt inden for teknologien i den nærmeste fremtid.

Husk, DELILA opnåede strukturer på kun 5nm ved hjælp af teknologien. Selvom dette resultat heller ikke er kommercielt klar endnu, Wang mener, at holdet kan opnå kommerciel 5nm direkte skrivning med laserinterferenslitografi i de næste fem år.