Nanotechnologie 02.11.2007, 19:31 Uhr

Optische Lithografie gerät unter Druck  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 2. 11. 07, jdb – Schweizer Forscher schaffen den Durchbruch in der so genannten „Softlithografie“, einem Druckverfahren, das im Nanobereich eine Alternative zu den teuren optischen Lithografieverfahren für die Fertigung von elektronischen Bauteilen darstellen könnte. Strukturen bis hinunter zu 25 nm halten die Forscher für möglich.

Schon in den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts stellte sich die Frage, ob man nicht Druckverfahren auch für die Herstellung feinster Elektronikstrukturen verwenden kann. Die klassische optische Lithografie mit Nanometerlicht, Belichtungsmasken und lichtempfindlichen Photolacken ist teuer – viel zu teuer, wenn man Mikrostrukturen für sehr preiswerte elektronische Anwendungen schaffen will.

Feine Strukturen zu drucken ist dabei nur das Grundproblem, viele Einzelstrukturen übereinander zu realisieren ein anderes, die passgenaue drucktechnische Überlagerung mehrerer Schichten in der Softlithografie ein drittes.

Mit konventioneller Offset-Drucktechnik, wie man sie aus dem Papierdruck her kennt, sind heute Strukturen bis herunter zu etwa 10 µm realisierbar. Hochauflösende Tintenstrahldrucker erreichen etwa 1 µm Pixelauflösung, industrielle Spezialtechniken kommen auch noch in den Sub-Mikrometerbereich. Dabei ist die Anordnung der Pigmente auf dem Druckbild rein stochastisch. Mit der bei IBM in Rüschlikon in Zusammenarbeit mit dem Surface-Science-Team der ETH Zürich entwickelten Technik lässt sich jetzt die Anordnung der Strukturen deterministisch vornehmen: Partikel ordnen sich selbst in vorgegebenen Strukturen an.

Bereits 2003 zeigte Bruno Michel in Rüschlikon erste mit „Softlithografie“ hergestellte Leiterbahnstrukturen um die 120 nm. Sie waren für die Rückwandverdrahtung von großflächigen Displays gedacht. Später bekam die Grundidee eine neue Richtung: Weiterentwicklung mit dem Ziel eines möglichen Ersatzes der traditionellen optischen Lithografie durch ein preiswerteres Verfahren.

Jetzt gelang einem 6-köpfigen Forscherteam um Heiko Wolf (IBM) und Tobias Kraus (ETH Zürich) ein Sprung in den Nanometerbereich bei hochreproduzierbaren Strukturen. 60 nm Auflösung konnten realisiert werden, wobei die Partikel genau da angeordnet sind, wo man sie hinhaben wollte. Das würde bereits für viele Schaltungsaufbauten und deren Verbindungen reichen und Auswirkungen auf die kostengünstige Nanoelektronik von morgen haben: Preiswerte Biosensoren werden damit möglich, gekrümmte Lichtleiter auf künftigen optischen Chips oder auch neue Produktionsverfahren für Nanodrähte.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus-Firmenlogo
Program Certification Engineering (d/m/f) Airbus
Manching Zum Job 
MTU Aero Engines AG-Firmenlogo
Verfahrensspezialist Additive Fertigung (all genders) MTU Aero Engines AG
München Zum Job 
MTU Aero Engines AG-Firmenlogo
Projektingenieur / Projektmanager PW1100 (all genders) MTU Aero Engines AG
München Zum Job 
MTU Aero Engines AG-Firmenlogo
Manager Qualitätsmethoden & Risikomanagement (all genders) MTU Aero Engines AG
München Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Consultant Digital Transformation (m/w/d) THOST Projektmanagement GmbH
München, Stuttgart, Freiburg, Mannheim, Memmingen Zum Job 
WACKER-Firmenlogo
Procurement Manager (m/w/d) CSA / Bauleistungen WACKER
Burghausen Zum Job 
SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH-Firmenlogo
Vertriebsmitarbeiter (m/w/d) Fernwärme SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH
Ulm, Neu-Ulm Zum Job 
Junghans microtec GmbH-Firmenlogo
Elektronikingenieur (m/w/d) Junghans microtec GmbH
Dunningen-Seedorf (bei Villingen-Schwenningen) Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Architekt*in / Ingenieur*in (m/w/d) Bereich Bau / Immobilien THOST Projektmanagement GmbH
Karlsruhe Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
R&D Engineer, Surgical Tools (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH-Firmenlogo
Koordinator (m/w/d) Lichtsignalanlagen SWU Stadtwerke Ulm/Neu-Ulm GmbH
Ulm, Neu-Ulm Zum Job 
Netz Leipzig GmbH-Firmenlogo
Ingenieur als Teamleiter Planung / Bau - Energieanlagen & Energienetze (m/w/d) Netz Leipzig GmbH
Leipzig Zum Job 
Cargill-Firmenlogo
Project Engineer (m/f/d) Cargill
ALTEN Technology GmbH-Firmenlogo
Projektmanager / Projektingenieur (m/w/d) Automotive ALTEN Technology GmbH
Wolfsburg Zum Job 
AVONEL-Firmenlogo
Softwaretester Gesamtsysteme (m/w/d/i) AVONEL
München Zum Job 
AVONEL-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur für hochautomatisiertes Fahren (Chassis & Bremse) (m/w/d/i) AVONEL
München/Heidenheim Zum Job 
ALTEN Technology GmbH-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) Qualitätssicherung - Automotive ALTEN Technology GmbH
Wolfsburg Zum Job 
AVONEL-Firmenlogo
Operativer Einkäufer (m/w/d/i) AVONEL
München Zum Job 
WEIG Group-Firmenlogo
Projektingenieur Digitalisierung (m/w/d) WEIG Group
ALTEN Technology GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) Elektrotechnik - Automotive ALTEN Technology GmbH
Wolfsburg Zum Job 

Zum Testdruck verwendeten die Forscher Goldpartikel von 60 nm Durchmesser. Sie sind zunächst in einer Suspension gelöst, die kontrolliert über die zu strukturierende Platte bewegt wird. An den Grenzflächen, wo Luft, die Goldsuspension und die Druckplatte zusammenkommen, wirken starke kapillare Kräfte auf die Partikel und zwingen einzelne gelöste Partikel in vorbestimmte Strukturen auf den Druckstempel (die Forscher reden statt von einem Stempel eher von einer Schablone). Wenn die Suspensionsflüssigkeit getrocknet ist, können sich die Partikel nicht mehr verschieben – sie bleiben auf ihrer Position und können dann auf den eigentlichen Druckträger übertragen werden.

Es liegt hier eine „gerichtete Selbstanordnung“ vor, mit der eine sehr große Zahl von Partikeln gleichzeitig positioniert wird – eine der Voraussetzungen, um das Verfahren auch großtechnisch nutzen zu können. Im Gegensatz zu konventionellen Drucktechniken gibt es keine zufallsgenerierten Strukturen. Innerhalb der gedruckten Linien hängen die einzelnen Partikel eng aneinander, jedes Partikel auch fest am Substrat. Diese notwendige Substrathaftung der sphärischen kolloidalen Goldkügelchen erreichten die Forscher durch eine sehr dünne „klebrige“ Polymerschicht. Der entscheidende Sprung in der Drucktechnik liegt in der gerichteten Selbstanordnung der Goldpartikel. Dies eröffnet eine realistische Möglichkeit, mit dem Verfahren zu noch feineren Strukturen zu kommen. Die vorsichtigen IBM-Forscher halten 25-nm-Partikel und deren Anordnung auf der Schablone für machbar, hinter der Hand wird schon von Partikelgrößen im einstelligen Nanometerbereich geredet.

Der Transfer von solchen Nanometerstrukturen auf dünne Polymerlayer – sie sind die meistverwendeten Basismaterialien für flexible Elektronikbausteine – läuft mit hoher reproduzierbarer Ausbeute. Damit bieten sich Biosensoren für die Nutzung der neuen Drucktechnik an, da die katalytischen und optischen Aktivitäten der einzelnen Partikel unverändert genutzt werden können.

Der nächste Schritt sind jetzt feinere Partikel und damit noch höhere Auflösung, wie sie für heutige mikroelektronische Schaltungen erforderlich wären. Ein weiterer Punkt ist die Größe des im Druckverfahren realisierbaren Arrays: Derzeit haben die benutzten Schablonen nur eine Größe von ungefähr 1 cm2. Noch weiter in die Zukunft schauend hat man in Rüschlikon erste Versuche mit Nanowires gemacht, denn nicht nur Metalle können gedruckt werden, auch Polymere, Halbleiter oder Oxide. So hat man erste Silizium-Nanodrähte wachsen lassen, die auf einem gedruckten Goldarray basierten. DILLAN O. KLIPSTAIN

 

Ein Beitrag von:

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.