新しい3D印刷プロセスにより、半導体チップ上に直接ナノガラス構造を生成できる

新しい3D印刷プロセスにより、半導体チップ上に直接ナノガラス構造を生成できる
出典: MEMS

MEMSコンサルティングによると、ドイツのカールスルーエ工科大学(KIT)が最近開発した新しい3D印刷プロセスでは、半導体チップ上に直接印刷されるナノ微細石英ガラス構造を製造できるという。

△新しい3Dプリントプロセスは、ナノスケールでさまざまな石英ガラス構造を実現できます。シリカ3Dプリントの出発材料として、有機無機ハイブリッドポリマー樹脂が使用されます。このプロセスでは焼結が不要なので、必要な温度ははるかに低くなります。同時に、解像度の向上により可視光用のナノフォトニクスが可能になります。この研究はサイエンス誌に報告されている。

純粋な二酸化ケイ素からなる石英ガラスに微細ナノ構造を 3D プリントすることで、光学、フォトニクス、半導体技術のさまざまな用途に新たな可能性が生まれます。しかし、これまでは、従来の焼結シリカをベースにしたプロセスが主流でした。

シリカナノ粒子を焼結するために必要な温度は1,100℃を超えますが、半導体チップに直接堆積するには高すぎます。カールスルーエ工科大学ナノテクノロジー研究所(INT)のイェンス・バウアー博士率いる研究チームは、大幅に低い温度で高解像度と優れた機械的特性を備えた可視光透過性の石英ガラスを製造できる新しいプロセスを開発しました。

カールスルーエ工科大学のエミー・ノイター研究グループ「ナノアーキテクチャメタマテリアル」の責任者であるイェンス・バウアー氏と、カリフォルニア大学アーバイン校およびアーバインに拠点を置く医療技術会社エドワーズライフサイエンスの同僚らは、サイエンス誌で新しい3D印刷プロセスについて説明している。

特別に開発された有機無機ハイブリッドポリマー樹脂が出発原料として使用され、いわゆる多面体オリゴマーシルセスキオキサン分子 (POSS) で構成されています。これは、有機官能基を持つ小さなケージ状のシリカ分子です。

完全に 3D プリントされネットワーク化されたナノ構造は、形成されると空気中で摂氏 650 度まで加熱されます。このプロセスでは、有機成分が排出され、無機 POSS ケージが結合して連続した溶融シリカのマイクロ構造またはナノ構造が形成されます。このプロセスでは、ナノ粒子焼結に基づくプロセスの半分の温度しか必要ありません。

「低温により、可視光ナノフォトニクスに必要な解像度で、強度があり透明で自由形状の光学ガラス構造を半導体チップ上に直接印刷することが可能になります」とイェンス・バウアーは説明します。「このプロセスで製造される石英ガラスは、優れた光学品質に加えて、優れた機械的特性も備えており、簡単に加工できます。」

研究チームは POSS 樹脂を使用して、97 ナノメートルのビームのフォトニック結晶、放物面マイクロレンズ、ナノ構造を持つマイクロレンズなど、さまざまなナノスケール構造を印刷しました。 「当社の 3D プリント プロセスにより、構造物は厳しい化学的条件や熱的条件に耐えることができます」と Jens Bauer 氏は付け加えます。

イェンス・バウアー氏が率いる研究チームは、3D Matter Made to Order (3DMM2O) エクセレンス クラスターに所属しています。このクラスターは、KIT とハイデルベルク大学の共同クラスターであり、自然科学と工学科学の融合、高度に学際的な研究アプローチを体現しています。 Jens Bauer の目標は、3D 積層造形プロセスを次のレベルに引き上げることです。

ガラスチップ

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