Mikro- und Nanofertigung

Der beste Werkstoff ist wertlos, wenn er sich nicht verarbeiten lässt, d.h. wenn sich daraus nicht die gewünschte Form oder Vorrichtung herstellen lässt. Die Erforschung und Entwicklung von neuen Fertigungsverfahren ist daher ein wesentlicher Aspekt bei der Konzeption von neuartigen nanostrukturierten Materialien. An der Empa werden für die gesamte Bandbreite der vorhandenen Materialien Mikro- und Nanofertigungstechnologien entwickelt, so zum Beispiel für Polymere, Keramikwerkstoffe, Metalle, Kompositen und Gewebe.

/documents/20659/66477/Picture_Micro-+and+Nano-Fabrication_excimer_laser/f58c9b7e-c093-4346-bb1b-707132b85a82?t=1448456198793
Excimerlaser-Ablationssystem für die Mikrostrukturierung sehr grosser Flächen von bis zu 1900 x 1450mm2.
  • Lithographie: Lithographische Verfahren dienen zur Herstellung von Mustern in einem Polymerfilm (empfindliche Schicht, auch Resist genannt) auf einem Substrat. Die Abmessungen der gewünschten Strukturen und die zu Muster zu formenden Materialien sind wichtige Parameter, wobei für Strukturen von unter 100nm die höchste Auflösung erforderlich ist (Elektronenstrahllithograpie). Mit Fotolithographieverfahren können durch Projektionsbelichtung einer Maske Muster im Bereich von 500nm bis zu mehreren Mikrometern auf sehr grossen Flächen oder auch 15 Mikrometer grosse Strukturen auf dreidimensionalen Substraten erzeugt werden. Diese Verfahren stehen in begrenztem Masse in den Labors der Empa zur Verfügung. Alternativ dazu können unsere Forschungspartner lithographische Arbeitsschritte auch auf speziellen Geräten in Reinräumen im Umfeld der ETH, im Binnig Rohrer Nanotechnology Center der IBM Research in Rüschlikon, im First Lab der ETH Zürich und im CMI an der EPFL durchführen.
  • Selbstorganisation: Zum Herstellen von periodischen Strukturen bedient man sich der Selbstorganisation von Molekülen, Nanopartikeln oder Nanokristallen. So hat die Empa in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut in Mainz ein neues Verfahren zur durch molekulare Selbstorganisation erfolgenden Synthese von atomar präzisen, fehlerfreien Graphen-Nanobändern entwickelt, die nur wenige Nanometer breit sind. Pholyphenyle mit Halogenen (wie Brom oder Jod) an strategischen Positionen dienen dabei als Bausteine. Abhängig von der Geometrie und Position der Verbindungsstellen lassen sich mit diesem Verfahren Graphen-Nanobänder mit unterschiedlichen räumlichen Strukturen (gerade, zickzackförmig oder gegabelt) und zwei möglichen Randstrukturen (Sessel oder Zickzack) generieren.
  • Lokaler Materialabtrag: Die Empa verfügt über die üblichen Ablationswerkzeuge wie UV- (Wellenlänge = 355nm) Picosekund-Pulslaser für die Mikrostrukturierung von Materialien sowie Tiefen-UV- (Wellenlänge = 248nm) Nanosekond-Pulslaser  zur Oberflächenstrukturierung von Polymeren und Keramikwerkstoffen mit grossen Oberflächen (1,5 x 2m2). Hochauflösende Präzisionsablationsschritte können mithilfe einer Ionenfeinstrahlanlage (Focused Ion Beam FIB) für Strukturen im niedrigen Nanometerbereich dargestellt werden.
  • Lokale Beschichtung: Mithilfe des FEBID-Verfahrens (Focused Electron Beam-Induced Deposition) können nanoskalige Metall- oder Halbleiterstrukturen mit genau abgestimmten elektrischen, optischen oder magnetischen Eigenschaften aus metall-organischen Vorläufern aufgebracht werden.
Prof. Dr. Patrik Hoffmann

Prof. Dr. Patrik Hoffmann
Abteilungsleiter

Telefon: +41 58 765 6262