Wissenschaftler des renommierten MESA+ Instituts für Nanotechnologie an der Universität Twente (Niederlande) haben eine revolutionäre Methode entwickelt, um dreidimensionale Nanostrukturen in großer Menge herzustellen, insbesondere photonische Kristalle, die imstande sind Licht einzufangen. Darüber hinaus ermöglicht diese Entwicklung die Produktion von Chips mit zusätzlichen Funktionen, die wichtig sind für mobile Endgeräte, Computernetze und andere Bereiche. Die Ergebnisse erscheinen diesen Monat in Nanotechnology, der führenden Fachzeitschrift des britischen Institute of Physics.
Bei der herkömmlichen Methode der Herstellung von 3D Nanostrukturen werden mehrere Einzelschichten auf einem Siliziumchip gestapelt. Dabei besteht der erste Schritt in der Definition einer Struktur auf einem Photoresist, dem sogenannten Schreiben, mit Hilfe einer Maske und UV-Licht. Das nachfolgende Ätzen oder Aufbringen von Material auf der Schicht liefert dann die gewünschte Struktur. Dutzende Einzelschichten werden so nachfolgend aufeinandergestapelt, um den endgültigen Chip zu erzeugen. Diese Methode ist nicht nur sehr aufwändig, sie hat auch ihre Einschränkungen, wie zum Beispiel in der möglichen maximalen Anzahl der stapelbaren Schichten. Denn Schichten, die relativ weit auseinanderliegen, werden während des Herstellungsprozesses unkontrollierbar zueinander versetzt. Dies beeinflusst maßgeblich die Leistung sowie die Funktionalität der hergestellten Chips.
Dreidimensionale Nanostruktur
Die neu entwickelte Methode der UT ermöglicht es nun, in einem Prozessschritt eine komplette dreidimensionale Nanostruktur auf einem Chip zu erzeugen. Wissenschaftlern des renommierten MESA+ Instituts für Nanotechnologie der Universität Twente (Niederlande) ist es gelungen, eine spezielle 3D-Maske zu entwickeln mit deren Hilfe eine Struktur gleichzeitig auf zwei Seiten eines Wafers definiert werden kann. Dies stellt sicher, dass beide Seiten geordnet zueinander ausgerichtet sind und somit auch die vertikale Ausrichtung der endgültigen dreidimensionalen Nanostruktur korrekt ist, nicht nur die horizontale.
Massenproduktion
Die vorgestellte Methode eröffnet die Möglichkeit zur Massenproduktion von Chips, deren verschiedene Funktionalitäten dicht beieinanderliegen und diese miteinander zu verbinden. In enger Zusammenarbeit mit ASML und TNO erproben die Wissenschaftler nun die Möglichkeiten, diese neue Technologie in die Praxis zu überführen. Die neue Art der Fertigung ist von großem Interessen für verschiedene Anwendungen. Zum Beispiel im medizinischen Sektor, wo sich ein optischer Sensor für Proteine mit einem Prozessorchip und magnetischer Datenspeicherung kombinieren ließe. Professor Willem Vos von der Gruppe Complex Photonic Systems (COPS) erklärte hierzu: „Unsere Methode ermöglicht die Kombination einer schier endlosen Anzahl an Funktionalitäten auf einem einzelnen Chip, wie zum Beispiel elektronische, optische, magnetische und mikrofluide Anwendungen.“
Licht kontrollieren
Die Wissenschaftler Diana Grishina, Cock Harteveld und Willem Vos von der Gruppe Complex Photonic Systems (COPS), sowie Léon Woldering von der Gruppe Transducer Science and Technology (TST), beide im MESA+ Institut für Nanotechnologie, entwickelten die Methode bei der Herstellung neuer Arten photonischer Kristallen. Sie konnten dabei erfolgreich Licht innerhalb von Kristallen einfangen, in denen Resonatoren eingebettet waren, und sind somit in der Lage die Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu kontrollieren.
