Höchs­t­auf­lö­sen­de 3D Na­no­Im­print Stem­pel und Na­no­Im­print-Tech­no­lo­gie

All­ge­mei­ne In­for­ma­tio­nen

NanoImprint ist ein Abformungsverfahren, bei dem Nanostrukturen von einem Stempel (Negativ) in aushärtbare Materialien (Positiv) abgeformt werden. Dabei ist nicht nur eine Abformung einer großen Zahl von Nanostruktur-Systemen möglich, sondern auch die Herstellung hochpräziser Nanostrukturen auf großen Flächen durch ein „Step-and-Repeat“ oder ein „Rolle“-Verfahren. NanoImprint (Film s.u.) ist nicht nur für funktionelle Oberflächen und für nano-optische Strukturen interessant, sondern steht auch auf der Roadmap zur zukünftigen Chipherstellung ab 2020. Damit charakterisiert diese Nanotechnologie neben ihrer außerordentlichen Anwendungsbreite auch ihre ausgeprägte Zukunftsperspektive und Nachhaltigkeit. Ein Konsortium aus Instituten der Universität Kassel, dem Photonik Zentrum Hessen in Wetzlar (PZH) und der FH Giessen-Friedberg spannt den Bogen von der grundlagenwissenschaftlichen Methodenentwicklung bis hin zur konkreten Anwendung der Methode. Eine neuartige nanotechnologische Herstellungsmethode für hochpräzise 3D NanoImprint-Stempel, welche 2007 im INA entwickelt, erprobt und zum Patent angemeldet wurde, bildet eine wertvolle Basis und ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal. Im Frühjahr gelang die Herstellung von Strukturen mit einer vertikalen Auflösung von bis zu 0,1nm, wodurch erstmals die Herstellung komplizierter 3D Strukturen im Abformungsmodus mit sehr hoher vertikaler Präzision gegeben ist. Abb. 2a und Abb. 3 zeigen die gemessene Oberflächenstruktur des Stempels und der in ein ausgehärtetes Material abgeformten Strukturen. In diesem Beispiel demonstriert der neuartige Stempel sein Potential zur Erzielung extremer Planarität (etwa 0,2nm). Man beachte, dass dies auf benachbarten Flächen auf anderem vertikalen Niveau ebenso erreicht wird. Die Farben geben dabei analog zu Landkarten, die Höhenmorphologie wieder.

In der Forschung nutzt das NanoImprint Konsortium Hessen Synergien zwischen den unterschiedlichen involvierten Fachdisziplinen Biologie, Chemie, Elektrotechnik und Physik. Die Herstellung der hochpräzisen Stempel soll durch das Aufbringen einer monomolekularen Antihaft-Beschichtung ergänzt werden. Anwendungen der Methodik werden auf folgenden Gebieten bearbeitet: organische LEDs, organische Elektronik, anorganisch/organische Laser, medizintechnische Nanospektrometer, Quantenpunktstrukturen für höchstbitratige Kommunikation, Biosensorik, Mikrofluidik, magnetische Speicher-Strukturen, optische ASICS, sichere optische Sensorik, Lichtlenkung (hessen-nanotech NEWS / DBU) und Nanoantennen-Arrays. Damit gliedert sich dieses Vorhaben auch homogen in das Schwerpunktthema „Nanophotonik“ des NanoNetzwerkHessen wie auch in die Thematik des Kompetenznetzes Optische Technologien Hessen/Rheinland-Pfalz - Optence - ein.

Neuartiges 3D Template
Abb. 1: Neuartiges 3D Template
a) Messung der Topologie; b) Imprint Ergebnis
Abb. 2: a) Messung d. Topologie; b) Imprint Ergebnis
Messung der Oberflächenrauhigkeit
Abb. 3: Messung d. Oberflächenrauhigkeit

Part­ner im Na­no­Im­print Kon­sor­ti­um Hes­sen

Im NanoImprint Konsortium Hessen kooperieren folgende Partner:

In­dus­trie­ko­ope­ra­tio­nen auf dem Ge­biet Na­no­Im­print und höchs­t­auf­lö­sen­der 3D Na­no­Im­print-Tem­pla­tes

Im NanoImprint Konsortium Hessen kooperieren Institute der Universität Kassel, dem Photonik Zentrum Hessen (PZH) und der FH Giessen-Friedberg mit folgenden Firmen: B.Braun, Carl Zeiss, SüssMicroTec, Corrsys 3D, HIMA, Vistec, Opsolution, AMO, Laytec, MaZet und anderen. Diese neuartige nanotechnologische Methode wird dabei eingesetzt, weil sie Präzision bis in den Sub-Nanometer-Bereich erlaubt, höchste Reproduzierbarkeit aufweist, auch große Flächen mit maßgeschneiderten 3D Nanostrukturanordnungen realisiert, den Massenmarkt adressiert, mit relativ kostengünstigen Materialien arbeiten kann und bei großen Stückzahlen sehr kostengünstig wird. Die Zauberformel dabei: Die kostspielige Investition in Stempel zahlt sich durch Präzisionsvorsprung, Produktions- und Kostenvorteile am Markt aus.

Ei­ne kur­ze Ein­füh­rung in das Na­no­Im­print-Ver­fah­ren

Animiertes Video zum Nanoimprint-Verfahren