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新型3D打印工藝可直接在半導(dǎo)體芯片上制備納米玻璃結(jié)構(gòu)

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據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）開發(fā)的一種新型3D打印工藝可生產(chǎn)出直接打印到半導(dǎo)體芯片上的納米精細石英玻璃結(jié)構(gòu)。

△新型3D打印工藝可以在納米尺度上實現(xiàn)各種各樣的石英玻璃結(jié)構(gòu)

有機-無機雜化聚合物樹脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于該工藝不需要燒結(jié)，因此所需的溫度要低得多。同時，更高的分辨率使得面向可見光的納米光子學成為可能。這項研究工作在Science期刊中進行了報道。

由純二氧化硅組成的石英玻璃納米精細結(jié)構(gòu)3D打印，為光學、光子學和半導(dǎo)體技術(shù)的許多應(yīng)用開辟了新的可能性。然而，直到現(xiàn)在，基于傳統(tǒng)燒結(jié)二氧化硅的工藝仍占主導(dǎo)地位。

燒結(jié)二氧化硅納米粒子所需的溫度超過1100攝氏度——對于直接沉積在半導(dǎo)體芯片上來說太高了。由卡爾斯魯厄理工學院納米技術(shù)研究所（INT）Jens Bauer博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組現(xiàn)已開發(fā)出一種新工藝，可以在顯著降低的溫度下生產(chǎn)具有高分辨率和出色機械性能的可見光透明石英玻璃。

Jens Bauer是卡爾斯魯厄理工學院Emmy Noether研究小組“納米結(jié)構(gòu)超構(gòu)材料（Nanoarchitected Metamaterials）”的負責人，他和來自加州大學歐文分校（the University of California Irvine）和爾灣醫(yī)療技術(shù)公司Edwards Lifesciences的同事在Science期刊上介紹了這種新的3D打印工藝。

一種專門開發(fā)的有機-無機雜化聚合物樹脂用作起始材料，其由所謂的多面體低聚倍半硅氧烷分子（POSS）組成：微小的籠狀二氧化硅分子帶有有機官能團。

一旦形成，將完全3D打印和網(wǎng)絡(luò)化的納米結(jié)構(gòu)在空氣中被加熱到650攝氏度的溫度。在此過程中，有機組分被排出，同時無機POSS籠結(jié)合，形成連續(xù)的熔融二氧化硅微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。該工藝所需溫度僅為基于納米顆粒燒結(jié)工藝的一半。

Jens Bauer解釋說：“較低的溫度使得能夠以可見光納米光子學所需的分辨率將堅固、透明和自由形式的光學玻璃結(jié)構(gòu)直接打印到半導(dǎo)體芯片上。除了出色的光學質(zhì)量，通過該工藝生產(chǎn)的石英玻璃還具有優(yōu)良的機械性能，易于加工?！?/span>

研究團隊使用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結(jié)構(gòu)，包括97納米光束的光子晶體、拋物面微透鏡、具有納米結(jié)構(gòu)的微透鏡?！拔覀兊?/span>3D打印工藝使結(jié)構(gòu)能夠承受惡劣的化學或熱條件?！?/span>Jens Bauer補充說。

由Jens Bauer領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊屬于3D Matter Made to Order（3DMM2O）卓越集群——它是卡爾斯魯厄理工學院和海德堡大學（Heidelberg University）的聯(lián)合集群，體現(xiàn)了自然科學和工程科學的結(jié)合，這是一種高度跨學科的研究方法。Jens Bauer的目標是將3D增材制造工藝提升到一個新的水平。