211service.com
Nanoutskrift blir stort
En tryckteknik som skulle kunna slå ut funktioner på bara tiotals nanometer i industriell skala flyttar äntligen ut ur labbet. Det nya roll-to-roll nanoimprint litografisystemet skulle kunna användas för att billigt och effektivt churna ut nano-mönstrade optiska filmer för att förbättra prestandan hos displayer och solceller.
Nanopress: Denna 10 x 30 centimeter plastskiva (överst) har mönstrats med en serie polymerlinjer i nanoskala med hjälp av roll-to-roll nanoimprint litografi (nederst). Filmen är iriserande på grund av hur dess nanoskala har spridningsljus.
Nanoimprint litografi använder mekanisk kraft för att pressa ut ett nanoskala mönster och kan göra mycket mindre funktioner än optisk litografi, som närmar sig sina fysiska gränser. Tekniken utvecklades som ett verktyg för att miniatyrisera integrerade kretsar, och en handfull företag, bl.a Molekylära avtryck i Austin, TX, utvecklar fortfarande det för denna applikation.
Hittills har det dock varit svårt att skala upp nanoimprint-litografi på ett tillförlitligt sätt. För att uppnå den upplösning som krävs för att skriva ut transistorer, till exempel, är det nödvändigt att använda en platt stämpel som är några centimeter i kvadrat och måste flyttas upprepade gånger över en yta. Detta är inte praktiskt när man skriver ut stora filmer för många andra applikationer. Skärmar och solceller kräver utskrift över en mycket större yta och sedan skära upp den i ark, säger Jay Guo , docent i elektroteknik och datavetenskap vid University of Michigan. Du måste göra det på ett kontinuerligt sätt.
För att lösa detta problem utvecklade Guo en stämpel som kan användas för roll-to-roll nanoimprinting över stora ytor. Hans uppställning använder en polymerform lindad runt en rullande cylinder för att trycka in ett mönster i ett material som kallas resist som sitter ovanpå antingen en styv glasbaksida eller en polymer. För att göra den färdiga komponenten fixeras mönstret sedan med en blixt av ultraviolett ljus. Processen, beskriven i journalen ACS Nano ,kan göras kontinuerligt med en hastighet av en meter per minut, och Guo säger att han har använt det för att skriva ut detaljer så små som 50 nanometer över en yta som är sex tum bred. Den upplösningen är inte tillräckligt bra för att göra integrerade kretsar, men den är tillräcklig för att skriva ut optiska enheter som ljuskoncentratorer och gitter.
Det här är inte första gången som rulla-till-rulle-utskrift har undersökts för nanoimprint-litografi. Men Yong Chen , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of California, Los Angeles, säger att Michigan-gruppen har gjort denna process mer tillförlitlig med lägre defektdensitet.
Vid första anblicken liknar den nya rull-till-rulle-skrivaren en tidningstryckpress, men den är mycket mer komplex. Kvaliteten på den slutliga nanoprodukten beror på att man uppnår rätt balans av egenskaper i tryckmaterialen. Kisel och andra styva material som används för att göra normala nanoimprint litografistämplar kan inte lindas runt en cylinder. Så Guo valde en polymer som är tillräckligt styv för att fungera som en pålitlig stämpel, men som också är tillräckligt böjlig för att vira runt skrivarens rullar. Den färdiga resisten ska även fastna på substratet utan att vara för trögflytande, och den måste härda snabbt utan att krympa.
Detta arbete är ett viktigt industriellt framsteg, som borde [möjliggöra] en bredare tillämpning av nanoimprinting, säger Stephen Chou , professor i elektroteknik vid Princeton University och en pionjär inom nanoimprint litografi sedan slutet av 1990-talet.
Processen som utvecklats av Guos grupp skulle kunna användas för att tillverka nanofotoniska enheter i stor skala och högpresterande tryckt elektronik, tillägger Ali Javey , biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid University of California, Berkeley. Men Javey, som utvecklar rulltryckmetoder för elektroniska material såsom nanotrådar av kisel, varnar dock för att formarnas livslängd måste lösas innan tekniken sannolikt kommer att bli allmänt antagen av industrin. Det skulle vara ganska attraktivt om formen inte behöver bytas ut ofta, för att göra processen så kontinuerlig som möjligt, säger Javey.
Forskarna i Michigan kommer att arbeta med att minska upplösningen som uppnås med tekniken och utveckla den för tillverkning. Guo säger att hans grupp arbetar med företag som är intresserade av att använda tryckprocessen för sina produkter. Det här är en baslinjeteknik som kan användas för att göra många saker, säger han.