Chloé Moreau
Un nouveau procédé développé à l’Institut de technologie de Karlsruhe (Kit) permet d’imprimer des structures de verre de quartz à l’échelle nanométrique directement sur des puces semi-conductrices. Une résine polymère hybride organique-inorganique est utilisée comme matière première pour l’impression 3D de dioxyde de silicium. Étant donné que le processus fonctionne sans frittage, les températures requises sont nettement inférieures. Simultanément, une résolution accrue permet la nanophotonique en lumière seen. Les chercheurs rapportent dans Science.
L’impression de buildings de verre de quartz à l’échelle micrométrique et nanométrique à partir de dioxyde de silicium pur ouvre de nombreuses nouvelles apps dans les systems de l’optique, de la photonique et des semi-conducteurs. Jusqu’à présent, les procédés étaient basés sur le frittage conventionnel. Les températures requises pour le frittage des nanoparticules de dioxyde de silicium sont supérieures à 1100°C, ce qui est beaucoup trop chaud pour un dépôt direct sur des puces semi-conductrices. Une équipe dirigée par le Dr Jens Bauer de l’Institut de nanotechnologie (INT) du Package a maintenant mis au place un nouveau procédé pour produire du verre de quartz transparent avec une haute résolution et d’excellentes propriétés mécaniques à des températures bien inférieures.
Résine polymère hybride organique-inorganique comme matière première
Bauer, qui dirige le groupe de recherche Emmy Noether Junior “Nanoarchitected Metamaterials” au Package, et ses collègues de l’Université de Californie à Irvine et de la société Edwards Lifesciences à Irvine présentent le processus dans Science. Ils utilisent une résine polymère hybride organique-inorganique comme matière première. Cette résine liquide est constituée de molécules dites de silsesquioxane oligomère polyédrique (POSS), qui sont de petites molécules de dioxyde de silicium en forme de cage équipées de groupes fonctionnels organiques.
Après avoir réticulé le matériau by using l’impression 3D pour former une nanostructure 3D, il est chauffé à 650°C dans l’air pour éliminer les composants organiques. Dans le même temps, les cages POSS inorganiques fusionnent et forment une microstructure ou une nanostructure proceed de verre de quartz. La température requise à cet effet n’est que la moitié de la température nécessaire pour les procédés basés sur le frittage de nanoparticules.
Les buildings restent stables même dans des circumstances chimiques et thermiques difficiles
“La température plus basse permet l’impression de forme libre de constructions de verre robustes de qualité optique avec la résolution nécessaire pour la nanophotonique en lumière noticeable, directement sur des puces semi-conductrices”, explique Bauer. Outre une excellente qualité optique, le verre de quartz produit possède d’excellentes propriétés mécaniques et peut être traité facilement.
Les chercheurs de Karlsruhe et d’Irvine ont utilisé la résine POSS pour imprimer diverses nanostructures, notamment des cristaux photoniques de faisceaux autonomes de 97 nm de large, des microlentilles paraboliques et un microobjectif multi-lentilles avec des éléments nanostructurés. “Notre processus produit des buildings qui restent stables même dans des circumstances chimiques ou thermiques difficiles”, déclare Bauer.
“Le groupe INT dirigé par Jens Bauer est associé au cluster d’excellence 3DMM2O”, déclare le professeur Oliver Kraft, vice-président de la recherche du Package. “Les résultats de la recherche maintenant publiés dans Science ne sont qu’un exemple de la manière dont les chercheurs en début de carrière sont soutenus avec succès dans la grappe.” 3D Make any difference Made to Get, ou 3DMM2O en abrégé, est un pôle d’excellence conjoint du Kit et de l’Université de Heidelberg. Il poursuit une approche hautement interdisciplinaire en combinant les sciences naturelles et l’ingénierie. Il vise à élever la fabrication additive 3D au niveau supérieur – du niveau des molécules jusqu’aux proportions macroscopiques.
