Печать микро- и нанометровых структур из чистого кварцевого стекла открывает множество новых применений в оптике, фотонике и полупроводниковой технологии. До сих пор эти процессы были основаны на традиционном спекании.

Температура, необходимая для спекания наночастиц кремнезема, превышает 1100 °C, что слишком высоко для прямого использования в полупроводниковых чипах. Команда под руководством доктора Йенса Бауэра из Института нанотехнологий KIT (INT) разработала новый процесс производства прозрачного кварцевого стекла с высоким разрешением и отличными механическими свойствами при гораздо более низких температурах.

Гибридная органо-неорганическая полимерная смола в качестве сырья
Бауэр, возглавляющий исследовательскую группу KIT по наноархитектурным метаматериалам имени Эммы Незер-младшей, и его коллеги из Калифорнийского университета в Ирвайне и компании Edwards Lifesciences в Ирвайне представили результаты процесса в журнале Science.

В качестве исходного материала используется гибридная органо-неорганическая полимерная смола. Эта жидкая смола состоит из так называемых полиэдрических олигомерных молекул силсесквиоксана (POSS), которые представляют собой небольшие, похожие на клетки молекулы кремния с органическими функциональными группами.

После сшивания материала с помощью 3D-печати для формирования трехмерной наноструктуры, материал нагревается на воздухе до 650 °C для удаления органических компонентов. В то же время неорганические частицы скрепляются вместе, образуя непрерывную микроструктуру или наноструктуру кварцевого стекла. Температура, необходимая для этого, составляет лишь половину той, которая требуется для процессов спекания на основе наночастиц.

«Более низкая температура позволяет печатать прочные оптические стеклянные структуры в любой форме с разрешением, необходимым для нанофотоники в видимом свете, непосредственно на полупроводниковых чипах», — объясняет Бауэр.

Помимо превосходного оптического качества, полученное кварцевое стекло обладает отличными механическими свойствами и легко поддается механической обработке.

Исследователи из Карлсруэ и Ирвайна использовали смолу POSS для печати различных наноструктур, включая фотонные кристаллы со свободно лежащими лучами шириной 97 нм, параболические микролинзы и многолинзовые микролинзы с элементами наноструктуры.

«Наш процесс позволяет создавать структуры, которые остаются стабильными даже в сложных химических или термических условиях», — говорит Бауэр.

Источник