Nanorakenteiden valmistus nopeammaksi ja edullisemmaksi

VTT ja SUSS MicroTec kehittivät edistyksellisen nanokuviointilaitteen

img
NPS300-nanokuviointilaite VTT:n puhdastilassa Espoon Micronovassa.

VTT ja ranskalainen SUSS MicroTec S.A.S. ovat kehittäneet markkinoiden monipuolisimman kaupallisen nanokuviointilaitteen. Laite ja uudet menetelmät mahdollistavat esimerkiksi taipuisien aurinkokennojen ja erittäin pienikokoisten, bioanalyysaattoreiden (Lab on a Chip) edullisen ja nopean valmistamisen. Kehitystyö tehtiin osana Emerging Nanopatterning Methods  -hanketta. NPS300-laitteen prototyyppi on jo VTT:n käytössä Espoon Micronovassa.

Step and Stamp Imprint-litografiaan (SSIL) perustuvassa laitteessa käytetään kuvioitua piisirua leimasimena, jonka kuviot siirretään polyymeerikerrokseen painamalla. Laajalle alueelle kuviot saadaan kopioitua askeltamalla ja toistamalla painamista. Laite mahdollistaa monikerroksisen kuvioinnin hyvällä kohdistustarkkuudella. Käytettävät polymeerit voivat olla sekä lämpömuovattavia että ultraviolettivalolla kovetettavia. Kuvioitua polymeerikerrosta voidaan käyttää esimerkiksi etsausmaskina piitä tai kvartsia kuvioitaessa. Menetelmällä voidaan monistaa nopeasti ja edullisesti pieniä, alle 100 nanometrin kuvioita laajalle alueelle.

Perinteisesti nanomittakaavan kuvioita on tehty elektronisuihkulitografialla. Menetelmän heikkoutena on sen hitaus. Muilla mikroelektroniikassa käytettävillä laitteistoilla ja menetelmillä voidaan tuottaa alle sadan nanometrin viivanleveyksiä, mutta laitteet ovat erittäin kalliita. Perinteiset menetelmät eivät myöskään helposti sovellu uusien funktionaalisten materiaalien tai kolmiulotteisten rakenteiden kuvioimiseen.

Leimasinten eli stamppien pienimmät rakenteet kuvioidaan jatkossakin elektronisuihkulitografialla. Sen sijaan suuriin pinta-aloihin voidaan käyttää Step and Stamp-kuviointia. Näin voidaan valmistaa leimasimet myös rullalta rullalle -nanokuviointiin.

Soveltuu uusille materiaaleille ja kolmiulotteisiin rakenteisiin

Uusi laite soveltuu optisten ja sähköisten sekä biomateriaalien nanokuviointiin. Lisäksi sillä voidaan kuvioida suoraan kolmiulotteisia rakenteita. VTT:llä on kyetty tuottamaan jopa alle 10 nanometrin kokoisia kuvioita. Tarkan kohdistettavuuden ansiosta nanokuviointi voidaan myös yhdistää muiden kuviointimenetelmien kanssa. Suurien sarjojen valmistamiseen menetelmä on omiaan edullisuutensa ja nopeutensa ansiosta.

Nanokuviointi on mahdollistava teknologia, jonka sovellutusalueita ovat esimerkiksi biotekniikka, fotoniikka, nano- ja polymeerielektroniikka, kovalevyt, sensorit jne. Micronovan puhdastilojen laitteilla ja prosesseilla voidaan kattaa koko nanokuvioinnin prosessiketju stamppien valmistamisesta karakterisointiin.

Emerging Nanopatterning Methods – VTT:n suurin EU-hanke

VTT:n koordinoima Emerging Nanopatterning Methods -hanke (NaPa) vahvistaa nanoteknologian tutkimusta Euroopassa. Vuonna 2004 käynnistynyt ja kustannuksiltaan 31 M€:n hanke on suurin VTT:n koordinoima EU-hanke ja samalla eräs EU:n suurimpia nanoteknologiahankkeita. Hankkeen tavoitteena on nanopainatusprosessien standardoiminen ja prosessikirjaston luominen. Kehitettävien ratkaisujen käyttökelpoisuuden edistämiseksi niistä pyritään luomaan kustannustehokkaita. Lisäksi painotetaan toimintaprosessien ympäristöystävällisyyttä. Eräs hankkeen merkittävimpiä saavutuksia on NPS300-nanokuviointilaite.

Hankkeessa on kehitetty myös rullalta rullalle -menetelmiä nanorakenteiden valmistukseen. VTT:n suunnittelemalla painolaitteella voidaan yhdistää uusi nanokuviointimenetelmä syväpaino- ja flexotekniikoiden kanssa samaan prosessiajoon. Myös tämä laite on jo VTT:n käytössä.

VTT on tehnyt nanokuviointiin liittyvää tutkimus- ja kehitystyötä jo vuodesta 1997.

 


Lisätietoja

VTT on puolueeton asiantuntijaorganisaatio, joka kehittää uutta teknologiaa, tuottaa tutkimus-, kehitys-, testaus- ja tietopalveluita sekä kotimaisille että kansainvälisille asiakkailleen, yrityksille ja julkiselle sektorille. Osaamisellaan ja uusilla innovaatioilla VTT pyrkii lisäämään omistajansa ja asiakkaidensa teknistaloudellista kilpailukykyä ja yhteiskunnan hyvinvointia.