新型3D打印工艺可直接在半导体芯片上制备纳米玻璃结构

来源： MEMS

据麦姆斯咨询报道，近期，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）开发的一种新型3D打印工艺可生产出直接打印到半导体芯片上的纳米精细石英玻璃结构。

△新型3D打印工艺可以在纳米尺度上实现各种各样的石英玻璃结构

有机-无机杂化聚合物树脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于该工艺不需要烧结，因此所需的温度要低得多。同时，更高的分辨率使得面向可见光的纳米光子学成为可能。这项研究工作在Science期刊中进行了报道。

由纯二氧化硅组成的石英玻璃纳米精细结构3D打印，为光学、光子学和半导体技术的许多应用开辟了新的可能性。然而，直到现在，基于传统烧结二氧化硅的工艺仍占主导地位。

烧结二氧化硅纳米粒子所需的温度超过1100摄氏度——对于直接沉积在半导体芯片上来说太高了。由卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所（INT）Jens Bauer博士领导的研究小组现已开发出一种新工艺，可以在显著降低的温度下生产具有高分辨率和出色机械性能的可见光透明石英玻璃。

Jens Bauer是卡尔斯鲁厄理工学院Emmy Noether研究小组“纳米结构超构材料（Nanoarchitected Metamaterials）”的负责人，他和来自加州大学欧文分校（the University of California Irvine）和尔湾医疗技术公司Edwards Lifesciences的同事在Science期刊上介绍了这种新的3D打印工艺。

一种专门开发的有机-无机杂化聚合物树脂用作起始材料，其由所谓的多面体低聚倍半硅氧烷分子（POSS）组成：微小的笼状二氧化硅分子带有有机官能团。

一旦形成，将完全3D打印和网络化的纳米结构在空气中被加热到650摄氏度的温度。在此过程中，有机组分被排出，同时无机POSS笼结合，形成连续的熔融二氧化硅微结构或纳米结构。该工艺所需温度仅为基于纳米颗粒烧结工艺的一半。

Jens Bauer解释说：“较低的温度使得能够以可见光纳米光子学所需的分辨率将坚固、透明和自由形式的光学玻璃结构直接打印到半导体芯片上。除了出色的光学质量，通过该工艺生产的石英玻璃还具有优良的机械性能，易于加工。”

研究团队使用POSS树脂打印了许多不同的纳米级结构，包括97纳米光束的光子晶体、抛物面微透镜、具有纳米结构的微透镜。“我们的3D打印工艺使结构能够承受恶劣的化学或热条件。”Jens Bauer补充说。

由Jens Bauer领导的研究团队属于3D Matter Made to Order（3DMM2O）卓越集群——它是卡尔斯鲁厄理工学院和海德堡大学（Heidelberg University）的联合集群，体现了自然科学和工程科学的结合，这是一种高度跨学科的研究方法。Jens Bauer的目标是将3D增材制造工艺提升到一个新的水平。