Technologie

Nanoskalige 3D-Strukturen aus Metall mit Laserlicht erzeugen

14.02.2019 - Laserdirektschreiben unter Ausnutzung der Zwei-Photonen-Absorption.

Im vom BMBF geförderten wissenschaftlichen Vorprojekt LAMETA untersuchen Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Mikro­technik und Mikro­systeme, ob die Herstellung metallischer Nano­strukturen aus der Gasphase mittels Laser­direkt­schreiben unter Ausnutzung der Zwei-Photonen-Absorption möglich ist und welche Auflösungs­grenzen dabei erreicht werden können.

In der Entwicklung und Anwendung von laser­basierten Techno­logien zur Erzeugung von Nano­strukturen in Fotolacken ist Deutschland seit Jahren Vorreiter. Die Erzeugung kleinster Strukturen mit Skalen im Nanometer­bereich gewinnt in vielen technischen Anwendungen immer mehr an Bedeutung. Erweitert man die Strukturen in die dritte Dimension bei gleich­zeitiger Verkleinerung der Struktur­größe in den Bereich der Größen­ordnung der Wellenlänge von Licht, lassen sich neue interessante Phänomene adressieren. So kann durch die Wechsel­wirkung von einge­strahltem Licht mit den Elektronen im nano­skaligen Metall­gerüst das Licht gezielt manipuliert werden, um etwa neuartige optische Bauelemente oder – durch Funktionali­sierung der Oberfläche des Metall­gerüsts – Sensor­elemente zu generieren. Zudem kann die Erschließung neuer Material­klassen für neue Anwendungen dazu beitragen, den Technologie­vorsprung in Deutschland auf diesem Gebiet zu sichern und neue Anwendungen für Firmen zu erschließen.

Die Abscheidung von Metallen aus der Gasphase ist eine bekannte Technologie, die für viele Anwendungen eingesetzt wird, um metallische Funktions­schichten zu erzeugen. Auch die laser­basierte Abscheidung aus der Gasphase unter Verwendung spezieller Metall-Prekursoren wurde bereits mehrfach demonstriert, allerdings lag die Auflösung der Struktur­größen dabei eher im Mikrometer­bereich. Um die Auflösungs­grenze in den Nanometer­bereich herunter zu skalieren, wenden die Wissen­schaftler des Fraunhofer-IMM die Methode der Zwei-Photonen-Absorption in Kombination mit kommerziell erhältlichen Metall-Prekursoren an.

Dadurch entfallen aufwändige, mehrstufige Lithografie­verfahren in Kombination mit anschließender Metallisierung und einer Beschränkung auf quasi-drei­dimensionale Strukturen sowie die Beschränkung auf spezielle Fotolacke. Zur Erzeugung voll funktionaler metallischer Nano­strukturen ist daher ein Verfahren wünschenswert, welches eine direkte Erzeugung von unein­geschränkt drei­dimensionalen Nano­strukturen erlaubt, dabei ohne aufwändige Entwicklungs­prozesse auskommt sowie die Anwendung auf beliebigen Substraten ermöglicht.

Im Projekt soll die Auflösungs­grenze dieses Verfahrens untersucht werden und geeignete Funktions­demonstratoren für eine gezielte Wechsel­wirkung von Licht mit diesen periodischen 3D-Metall­strukturen hergestellt werden. „Wir möchten das konkrete Anwendungs­potential der Methode demonstrieren und so auch neue Anwendungs­felder im Bereich der Plasmonik erschließen“, erklärt Projekt­leiter Thomas Klotzbücher. Dazu haben er und seine Kollegen nun bis Ende 2020 Zeit.

Fh.-IMM

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