Инженеры Калифорнийского университета в Ирвайне изобрели способ 3D-печати оптики

Инновации позволяют производить на кристалле технологии для медицины, связи и других приложений.

Исследовательская группа под руководством ученых из Калифорнийского университета в Ирвине разработала новый низкотемпературный метод 3D-печати оптического стекла, открывающий двери для микроэлектронных систем с возможностями нанофотоники в видимом свете высокого разрешения.

Инновация является предметом статьи, опубликованной недавно в журнале Science.

Новое поколение технологий для использования в медицине, навигации, связи, дистанционном зондировании и других приложениях может стать возможным благодаря сочетанию высокоточной оптики и микроэлектроники. Но традиционные методы печати оптического стекла требуют высокотемпературного спекания, которое может привести к повреждению материалов, из которых состоят эти самые платформы.

«Эта работа прокладывает путь к производству на кристалле», — сказал ведущий автор Йенс Бауэр, который начал этот проект в качестве научного сотрудника UCI в области материаловедения и инженерии, а сейчас возглавляет лабораторию наноархитектурных метаматериалов в Технологическом институте Карлсруэ в Германии. «Практически для любого чипа, способного выдерживать температуру 650 градусов по Цельсию, можно будет печатать высококачественные микро- и наноструктуры из прозрачного стекла непосредственно на чипе». объяснил Кэмерон Крук, научный сотрудник UCI в области материаловедения и инженерии и соавтор исследования.

Работа команды UCI и KIT включала использование процесса 3D-печати, называемого двухфотонной полимеризацией или прямым лазерным письмом. Этот метод позволяет создавать сложные наноразмерные структуры, но ранее в основном это были образования из пластика с использованием полимерных смол, пригодных для печати. 3D-печать оптическими материалами, такими как кварцевое стекло, требует спекания наночастиц при температуре более 1100 градусов Цельсия, достаточно высокой для склеивания материалов без разжижения, но слишком горячей для осаждения на полупроводниковые чипы.

Решением исследователей было использовать в качестве ингредиентов жидкую смолу, построенную на основе молекул «многогранного олигомерного силсесквиоксана» или POSS, которые содержат крошечные стеклянные кластеры, состоящие всего из нескольких атомов. Они объединили POSS с другими органическими молекулами, чтобы упростить 3D-печать. Полученную сшитую полимерную наноструктуру предварительного стекла нагревали на воздухе до температуры 650 градусов Цельсия, удаляя органические компоненты и образуя непрерывную стеклянную наноструктуру.

«Полученные стеклянные детали с самым высоким когда-либо разрешением, вплоть до 97 нанометров, были химически идеально чистыми и имели оптическое качество», — сказал Бауэр.

Он добавил, что этот метод можно адаптировать, включив в него материалы помимо кварцевого стекла, открывая совершенно новые возможности интегральных схем. Исследователи подали заявку на международный патент на это нововведение.

В состав исследовательской группы входил Томмазо Бальдаккини из компании Edwards Lifesciences Inc. в Ирвине. Финансирование было предоставлено Немецким исследовательским фондом, а поддержка изображений была предоставлена ​​Научно-исследовательским институтом материалов Калифорнийского университета в Ирвайне.