Arbeitsgruppe Prof. von Freymann

3D Mikrodruck

Zentrale Technologie zur Herstellung nahezu beliebig komplexer Mikro- und Nanostrukturen ist das Direkte Laserschreiben. Hierzu werden ultrakurze Laserimpulse mit Objektiven hoher numerischer Apertur in ein photoempfindliches Material fokussiert, das für die Laserwellenlänge an sich transparent ist. Durch die starke Fokussierung werden im Fokus so hohe Intensitäten erreicht, dass das Material über Zwei- bzw. Mehrphotonenabsorption lokal polymerisiert bzw. quervernetzt wird. Präzises Verfahren des Fokus im Material mittels eines Dreiachsen-Piezotisches oder mittels schneller Galvo-Spiegel erlaubt dann die Erzeugung beliebig zusammenhängender, quervernetzter Bereiche im photoempfindlichen Material. In einem anschließenden Entwicklungsschritt werden die nicht vernetzen Bereiche herausgelöst. Diese Technologie wurde in den letzten zehn Jahren immer weiter verbessert und steht mittlerweile über unsere Ausgründung Nanoscribe GmbH kommerziell zur Verfügung.

Der Einbau räumlicher Lichtmodulatoren erweitert die Möglichkeiten des Systems, da hiermit auftretende Aberrationen korrigiert und z.B. mit mehreren Fokussen parallel geschrieben werden kann. Die Hinzunahme eines zweiten Laserstrahls erlaubt zudem die Umsetzung einer STED-inspirierten Lithographie (STED steht für STimulated Emission Depletion).

Die auf diese Weise hergestellten Strukturen können entweder direkt für Experimente verwendet werden oder dienen als Template für weitere Prozessschritte. Hierzu wurden von uns zwei Verfahren entwickelt, die entweder die Struktur direkt oder deren inverse Struktur in anderen Materialien abformen. Als Beispiele für Materialien seien Silizium oder Gold genannt. Um Materialien in diesen Templaten in drei Dimensionen gleichmäßig deponieren zu können, scheiden gängige Techniken wie thermisches Verdampfen oder Sputtern aus. Zum Einsatz kommen die Atomlagendeposition, die eine Vielzahl von Materialien mit Monolagengenauigkeit aufbringen kann, die chemische Gasphasenepitaxie und die elektrochemische Abscheidung von Metallen.

Die Qualität der Strukturen ist so hoch, dass sie als Kalibriernormale in der optischen Metrologie eingesetzt werden können. Um den Einsatzbereich weiter auszubauen, entwickeln wir Photolacksysteme, die Biomaterialien wie Cellulose und Chitin oder Metalle wie Silber und Nickel direkt zu schreiben erlauben.

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