Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

3-D-Strukturen aus einer 2-D-Schablone bauen

05.10.2012
Licht trägt in der modernen Telekommunikation digitale Informationen in Millisekunden über Kilometer hinweg. Maßgeschneiderte optische Werkstoffe steuern dabei die Lichtsignale.
Im Fachjournal AFM berichten Forscher aus Berlin, Louvain und vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) nun über ein Herstellungsverfahren für photonische Kristalle, mit dem sich die optischen Eigenschaften durch mikrometergroße Strukturen einstellen lassen. Es verspricht schnell, günstig und einfach zu sein und nutzt teilweise das Selbstorganisationsprinzip. (DOI: 10.1002/adfm.201201138)

„Durch gezielte Strukturierung lassen sich die optischen Eigenschaften von Materialien ganz entscheidend beeinflussen“, erklärt Andreas Frölich vom Karlsruher Institut für Technologie. Silizium wird schon heute in der Telekommunikation in Bauteilen wie Filtern oder Umlenkern verwendet. Alle diese Bauteile sind jedoch bisher im wesentlich flach, also zweidimensional. Mit dreidimensionalen Bauteilen ließen sich jedoch ganz neuartige Konzepte realisieren. Dem Silizium, die dafür notwendige Struktur aufzuprägen, ist aber sehr aufwendig. Sie muss in allen drei Raumrichtungen regelmäßig sein und Details aufweisen, die mit rund einem Mikrometer Größe etwa einem Hundertstel der Dicke eines Haares entsprechen.

Tief unter die Siliziumoberfläche hat das SPRIE-Verfahren regelmäßige Strukturen im Mikrometerbereich erzeugt, an denen sich Licht brechen kann. (Foto: KIT / CFN)

„Unser neues Fertigungsverfahren SPRIE nutzt bewährte Technologie wie das Ätzen, innovative Verfahren wie Selbstorganisation und kombiniert diese auf kreative Weise“, freut sich Martin Wegener, Professor am Institut für Angewandte Physik und Institut für Nanotechnologie des KIT und Koordinator des DFG-Center for Functional Nanostructures (CFN). Das SPRIE-Verfahren strukturiert einfach, großflächig und dreidimensional Silizium. Zunächst wird auf der Siliziumoberfläche eine Lösung mit mikrometergroßen Kugeln aus Polystyren gegeben. Nach dem Trocknen ordnen diese sich selbst zu einer dichten, einlagigen Kugelschicht auf dem Silizium an. Nach einer Metallbeschichtung und dem Entfernen der Kugeln bleibt eine wabenförmige Ätzmaske auf der Siliziumoberfläche zurück.

„Diese Ätzmaske ist unsere zweidimensionale Schablone für die Konstruktion der dreidimensionalen Struktur“, sagt Frölich. Die freiliegenden Bereiche werden durch ein reaktives Plasmagas weggeätzt. Ob die Gasteilchen dabei überwiegend nur in die Tiefe oder gleichmäßig in alle Richtungen ätzen, lässt sich mit einem elektrischen Feld beeinflussen. „Zusätzlich können wir die Wände des Loches gezielt passivieren, also mit einer Polymerschicht vor weiterem Ätzen schützen.“

Durch wiederholtes Ätzen und Passivieren wachsen die Löcher der Ätzmaske in die Tiefe. Mit bis zu 10 Mikrometern sind sie mehr als zehnmal so tief, wie sie breit sind. Stimmt man sehr genau die beiden Prozessschritte und das elektrische Feld aufeinander ab, kann man die Struktur der Wände steuern. Statt eines einfachen Loches mit senkrechten, glatten Wänden, erzeugt jeder Ätzschritt eine kugelförmige Vertiefung mit gewölbter Oberfläche. Diese Wölbung ist der Baustein für die regelmäßigen, sich wiederholenden Strukturen bei neuartigen Lichtwellenleitern. „Optische Telekommunikation findet bei einer Wellenlänge von 1,5 Mikrometern statt. Deshalb erzeugen wir mit unserem Ätzverfahren entlang der Wand eine Riffelung, die ebenfalls im Mikrometerbereich liegt.“ Das Feld an dicht nebeneinanderliegenden und sehr tiefen, strukturierten Löchern wirkt in seiner Summe wie ein regelmäßiger Kristall, an dem Licht auf die gewünschte Art gebrochen wird.

Das Verfahren SPRIE (Sequential Passivation and Reactive Ion Etching) kann innerhalb von wenigen Minuten einen dreidimensionalen photonischen Kristall erzeugen, da es auf Prozesse zurückgreift, die heute schon in der Industrie üblich sind. Im Prinzip lässt sich damit aus einer frei wählbaren Maske eine dreidimensionale Struktur in Silizium erzeugen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, die an optische Bauteile gestellten Anforderungen in der Telekommunikation zu lösen.

Photonische Kristalle gibt es in verschiedensten Ausführungen. Je nach Bauart werden sie beispielsweise als Wellenleiter mit sehr kleinen Kurvenradien bei geringen Verlusten oder als extrem schmalbandige optische Filter und Multiplexer eingesetzt. In einigen Jahrzehnten wären vielleicht sogar Computer denkbar, die mit Licht statt Strom arbeiten. Neben dem KIT waren an der Entwicklung auch die belgische Université catholique de Louvain und die Humboldt Universität zu Berlin beteiligt.

Zur Publikation beim Journal Advanced Functional Materials:
http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/%28ISSN%291616-3028

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist eine Körperschaft des öffentlichen Rechts nach den Gesetzen des Landes Baden-Württemberg. Es nimmt sowohl die Mission einer Universität als auch die Mission eines nationalen Forschungszentrums in der Helmholtz-Gemeinschaft wahr. Das KIT verfolgt seine Aufgaben im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation.

Weiterer Kontakt:

Kosta Schinarakis
PKM – Themenscout
Tel.: +49 721 608 41956
Fax: +49 721 608 43658
E-Mail:schinarakis@kit.edu

Monika Landgraf | idw
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Wie Drohnen die Unterwelt erkunden
21.02.2018 | Technische Universität Bergakademie Freiberg

nachricht Neuer 3D Portrayal Service Standard veröffentlicht
20.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics