LAMETA

Laserdirektschreiben metallischer Nanostrukturen aus der Gasphase mittels Zwei-Photonen-Absorption

Erzeugung kleinster 3D-Strukturen aus Metall mit Laserlicht

Die Erzeugung kleinster Strukturen mit Skalen von einigen millionstel Millimeter (Nanostrukturen) gewinnt in vielen technischen Anwendungen immer mehr an Bedeutung. So kennen wir alle die elektronischen Mikrochips, die durch immer kleinere Strukturgrößen zu immer höheren Packungsdichten getrieben werden, um unsere Computer immer schneller und leistungsfähiger zu machen. Erweitert man die Strukturen in die dritte Dimension bei gleichzeitiger Verkleinerung ihrer Größe in den Bereich der der Wellenlänge von Licht, lassen sich neue, interessante Phänomene adressieren und für die Anwendung nutzbar machen. Insbesondere wenn die Nanostrukturen aus Metall sind, ergeben sich ganz spezielle Wechselwirkungen mit Licht. Gelingt es diese Strukturen mit einfach zugänglichen Technologien, wie z. B. der Lasertechnik, zu erzeugen, kann dies eine treibende Kraft für neue Anwendungen in diesem Bereich bedeuten. Deutschland ist seit Jahren Vorreiter bei der Entwicklung und Anwendung von laserbasierten Technologien zur Erzeugung von Nanostrukturen in Fotolacken. Die Erschließung neuer Materialklassen für neue Anwendungen kann daher dazu beitragen, den Technologievorsprung in Deutschland auf diesem Gebiet zu sichern und neue Anwendungen zu generieren.

Gasphasenabscheidung von Metallen mit Nanometer-Auflösung unter Ausnutzung von Zwei-Photonen-Absorption

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 (Ausgangsmaterialen) wurde bereits mehrfach demonstriert, allerdings lag die Auflösung der Strukturgrößen dabei eher im Mikrometerbereich. Um die Auflösungsgrenze in den Nanometerbereich herunter zu skalieren, soll die Methode der Zwei-Photonen-Absorption (2PA) in Kombination mit kommerziell verfügbaren Metall-Prekursoren angewendet werden. Bei der 2PA wird der Umstand ausgenutzt, dass im Brennpunkt eines intensiven Laserstrahls die Wahrscheinlichkeit für die gleichzeitige Absorption von zwei Lichtteilchen (Photonen) deutlich erhöht ist. Die extrem hohe Intensität im Brennpunkt wird durch die Verwendung eines Ultrakurzpuls-Lasers erreicht, welcher Pulse mit einer Dauer von etwa 10 Femtosekunden (der hunderttausendste Teil einer millionstel Sekunde) abgibt. Durch die Auswahl geeigneter Metall-Prekursoren werden so punktgenau Metallatome freigesetzt. Durch eine dreidimensionale Bewegung des Laserbrennpunkts durch das Gasmedium können so durch Aneinanderheftung der Metallatome 3D-Nanostrukturen aus Metall direkt erzeugt werden. Die Auflösungsgrenze des Verfahrens soll untersucht werden. Zum Abschluss des Forschungsprojekts sollen Funktions-demonstratoren für eine gezielte Wechselwirkung von Licht mit diesen periodischen 3D-Metallstrukturen herge-stellt werden, welche das Anwendungs-potenzial der Methode demonstrieren. Mögliche zukünftige Anwendungen sind unter anderem die Sensortechnik für die mobile Patientenüberwachung sowie Verfahren der biochemischen Analytik.

Projektdetails

Koordinator

Dr.Thomas Klotzbücher
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Carl-Zeiss-Str. 18-20, 55129Mainz
+49 6131 990-143

Projektvolumen

ca. 298 Tausend € (Förderquote 100%)

Projektdauer

01.01.2019 - 31.12.2020

Projektpartner

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.Mainz