211service.com
Nano-afdrukken worden groot
Een printtechniek die eigenschappen van slechts tientallen nanometers op industriële schaal zou kunnen uitroeien, gaat eindelijk het laboratorium uit. Het nieuwe roll-to-roll nano-imprint lithografiesysteem zou kunnen worden gebruikt om goedkoop en efficiënt optische films met nanopatroon te produceren om de prestaties van displays en zonnecellen te verbeteren.
Nano-pers: Dit plastic vel van 10 bij 30 centimeter (bovenaan) is voorzien van een patroon met een reeks polymeerlijnen op nanoschaal met behulp van roll-to-roll nano-imprintlithografie (onder). De film is iriserend vanwege de manier waarop de nanoschaal het licht verstrooit.
Nanoimprint-lithografie gebruikt mechanische kracht om een patroon op nanoschaal uit te drukken en kan veel kleinere kenmerken maken dan optische lithografie, die zijn fysieke grenzen bereikt. De techniek is ontwikkeld als een hulpmiddel voor het miniaturiseren van geïntegreerde schakelingen, en een handvol bedrijven, waaronder: Moleculaire afdrukken uit Austin, TX, zijn het nog steeds aan het ontwikkelen voor deze toepassing.
Tot nu toe was het echter moeilijk om nano-imprintlithografie betrouwbaar op te schalen. Om de resolutie te bereiken die nodig is om bijvoorbeeld transistors te printen, is het noodzakelijk om een platte stempel te gebruiken die een paar centimeter in het vierkant is en herhaaldelijk over een oppervlak moet worden bewogen. Dit is niet praktisch bij het printen van films met een groot oppervlak voor veel andere toepassingen. Voor displays en zonnecellen moet over een veel groter gebied worden geprint en vervolgens in vellen worden gesneden, zegt Jay Guo , universitair hoofddocent elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Universiteit van Michigan. Je moet het op een continue manier doen.
Om dit probleem op te lossen, ontwikkelde Guo een stempel die kan worden gebruikt voor roll-to-roll nano-imprinting over grote gebieden. Zijn opstelling maakt gebruik van een polymeervorm die rond een rollende cilinder is gewikkeld om een patroon in een materiaal te drukken dat een resist wordt genoemd en dat bovenop een harde glazen achterkant of een polymeerlaag zit. Om het voltooide onderdeel te maken, wordt het patroon vervolgens gefixeerd door een flits van ultraviolet licht. Het proces, beschreven in het tijdschrift ACS Nano ,kan continu worden gedaan met een snelheid van een meter per minuut, en Guo zegt dat hij het heeft gebruikt om functies zo klein als 50 nanometer af te drukken over een gebied van zes inch breed. Die resolutie is niet goed genoeg om geïntegreerde schakelingen te maken, maar wel voor het printen van optische apparaten zoals lichtconcentrators en roosters.
Dit is niet de eerste keer dat roll-to-roll-printen is onderzocht voor nano-imprint-lithografie. Maar Yong Chen , hoogleraar materiaalkunde en engineering aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, zegt dat de Michigan-groep dit proces betrouwbaarder heeft gemaakt met een lagere defectdichtheid.
De nieuwe roll-to-roll printer lijkt op het eerste gezicht op een krantendrukpers, maar is veel complexer. De kwaliteit van het uiteindelijke nanoproduct hangt af van het bereiken van de juiste balans van eigenschappen in de printmaterialen. Silicium en andere harde materialen die worden gebruikt om normale nano-opdruk-lithografiestempels te maken, kunnen niet om een cilinder worden gewikkeld. Dus koos Guo een polymeer dat stijf genoeg is om als een betrouwbare stempel te werken, maar ook buigzaam genoeg om rond de printerrollen te wikkelen. De afgewerkte resist moet ook aan het substraat blijven kleven zonder te viskeus te zijn, en het moet snel uitharden zonder te krimpen.
Dit werk is een belangrijke industriële vooruitgang, die een bredere toepassing van nano-imprinting [mogelijk moet maken], zegt: Stephen Choo , hoogleraar elektrotechniek aan de Princeton University en sinds eind jaren negentig een pionier op het gebied van nano-imprintlithografie.
Het proces dat door de groep van Guo is ontwikkeld, kan worden gebruikt om op grote schaal nanofotonische apparaten en hoogwaardige gedrukte elektronica te maken, voegt Ali Javey , assistent-professor elektrotechniek en computerwetenschappen aan de University of California, Berkeley. Javey, die roller-printmethoden ontwikkelt voor elektronische materialen zoals silicium nanodraden, waarschuwt echter dat de levensduur van de mallen moet worden opgelost voordat de techniek waarschijnlijk op grote schaal door de industrie zal worden toegepast. Het zou mooi zijn als de mal niet vaak vervangen hoeft te worden, om het proces zo continu mogelijk te laten verlopen, zegt Javey.
De onderzoekers uit Michigan zullen werken aan het verkleinen van de resolutie die door de techniek wordt bereikt en het ontwikkelen voor productie. Guo zegt dat zijn groep samenwerkt met bedrijven die geïnteresseerd zijn in het gebruik van het printproces voor hun producten. Dit is een basistechniek waarmee veel dingen kunnen worden gemaakt, zegt hij.