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Nanoprägelithographie

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Abb. 1 Mit Hilfe eines PDMS Stempels wird eine Textur auf ein Glassubstrat übertragen, das mit Silikagel beschichtet ist .

 

Bei der Nanoprägelithographie (NIL – engl. Nanoimprint Lithography) handelt es sich um eine Methode zur Oberflächentexturierung, welche erstmals 1996 von Prof. Stephen Chou und Kollegen eingeführt wurde [1,2]. DieseTechnologie brachte Verbesserungen in verschiedensten Forschungsgebieten mit sich, weshalb sie 2003 vom Massachusetts Institute of Technology als eine der 10 wichtigsten aufkommenden Technologien mit weltweitem Einfluss gelistet wurde [3]. Tatsächlich ermöglicht diese Methode nicht nur eine ultra-hohe Auflösung (bis zu 5 nm), sondern ist gleichzeitig kosteneffektiv und leicht anzuwenden. Daher findet diese Technologie auch bei der Realisierung von Hochskalierungsprojekten von industriellen Großanlagen Anwendung.

Nanoprägelithographie basiert auf einem einfachen Prinzip. Von einer nanotexturierten Vorlage oder Masterstruktur (z.B. ein texturierter Silizium-Wafer) wird ein Stempel, welcher aus einem thermisch härtenden Polymer besteht, genommen. Der Polymer-Stempel enthält demnach die inverse Struktur des Masters. Dieser Stempel kann nun dafür verwendet werden, die Struktur auf ein (Glas-) Substrat zu übertragen, welches zuvor mit einem unter UV-Licht härtenden Polymer beschichtetet wurde. Demnach entspricht die Textur auf dem Substrat einem Replikat der Masterstruktur. Diese Anwendung der NIL-Methode wird auch als UV-NIL bezeichnet.

Gegenüber anderen NIL-Methoden hat UV-NIL den Vorteil, bei Raumtemperatur durchgeführt werden zu können, wodurch eine noch einfachere und schnellere Herstellung von texturierten Substraten ermöglicht wird. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass der Stempel transparent für UV-Licht sein muss, da dieses zur Aushärtung des Polymers durch den Stempel hindurch gelangen muss. Ein geeignetes Polymer für einen Stempel, der diese Bedingung erfüllt, ist Polydimethylsiloxan, kurz PDMS. Dieses Material ermöglicht eine Texturierung mit sehr hoher Auflösung und lässt sich wegen seiner geringen Oberflächenenergie leicht von der Masterstruktur ablösen.

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Abb. 2 PDMS-Stempel unter einem Lichtmikroskop, welcher drei Replikate (je 6x8 mm2) von hexagonalen Gittertexturen mit Perioden zwischen 600 nm und 800 nm enthält. 

In unserer Abteilung verwenden wir die UV-NIL Technologie zur Herstellung von nanostrukturierten Glassubstraten. Dafür werden diese mit einem UV-härtenden Hybridpolymer beschichtet, welches mit Hilfe eines PDMS-Stempels texturiert wird. Diese Methode gibt uns bei der Texturierung der Glassubstrate eine hohe Kontrolle und Flexibilität, beispielsweise bezüglich der Periode, des Durchmessers (im Falle von Nanozylindern oder Nanolochstrukturen) oder der Höhe der zu übertragenden Struktur. Diese Silikagel-Texturen werden bei der Entwicklung und Untersuchung von Silizium-basierten neuartigen Nanostrukturen zum Lichteinfang in Dünnschichtsolarzellen oder photonischen Kristallen verwendet.