(PhysOrg.com) -- Laserinterferenslitografi kan producera ytmönster i nanoskala med mycket hög upplösning till låg kostnad, och nu har europeiska forskare gjort viktiga genombrott på området.

Två viktiga genombrott av europeiska forskare har fört en framväxande nanoskalig tillverkningsteknik ut ur labbet och in i den verkliga världen. Tekniken lovar lägre kostnad för produktion av nano-enheter vid högre upplösningar.

Det kommer att innebära bättre och billigare produktionsmetoder för sådant som självrengörande material, nanosensorer och galler, nanofilter för ren luft och vatten och speciella antireflexytor för solteknik.

Interferenslitografi är en ytmönsterteknik som har skapat ett enormt intresse i laboratorier över hela världen. Men DELILA-projektet tog det ut ur labbet och visade att tekniken kunde fungera i kommersiell skala, samtidigt som man uppnår genombrott i världsklass. Tekniken kommer att bidra till att skapa nästa våg av nanoteknik om två till tre år.

Exakt interferens

Laserinterferenslitografi skapar ytmönster genom att dela en koherent ljusstråle, säg en laserstråle, och sedan kombinera ljuset mycket exakt, så att de delade strålarna korsar och skapar interferensmönster. Tillsammans, dessa mönster ger ett ytmönster på materialet, som sedan kan behandlas på normalt sätt.

Interferenslitografi är attraktiv eftersom den tillåter snabb generering av täta detaljer över ett brett område utan att förlora fokus. Det kostar också mindre att bygga dessa produktionslinjer eftersom de inte kräver komplex optisk teknik eller fotomasker.

Besparingarna är mycket betydande. Där typiska tillverkningssystem kostar i miljoner euro, system baserade på DELILAs genombrott skulle kosta bara hundratusentals.

Dominerande teknik

"Det är känt att nanoteknik kommer att spela en dominerande roll under detta århundrade inom nästan alla vetenskapliga och industriella områden för utveckling av nya material, enheter och system, ” påpekar Zuobin Wang, koordinator för DELILA-projektet och en senior forskare vid University of Cardiffs Manufacturing Engineering Center (MEC). "Dock, Det viktigaste problemet är fortfarande bristen på lågkostnads- och volymtillverkningsteknologier och -system."

"Vi fokuserade på utvecklingen av en ny produktionsteknik för tillverkning av 2D och 3D nanostrukturer och enheter, laserinterferenslitografi. Särskilt, DELILA kommer att möjliggöra låg kostnad och storvolymproduktion av nanoytstrukturer och -mönster."

DELILA står för Development of Lithography Technology for Nanoscale Structure of Materials Using Laser Beam Interference. Förutom att vara billig, denna metod kan skriva ut 2D- och 3D-nanostrukturer. Det gör den perfekt för nanofotoniska och nanoelektroniska enheter och mikro- och nanofluidiska enheter.

Nanofluidik är ett område inom nanoteknik som tittar på vätskors beteende vid extremt små dimensioner - som agerar på ett sätt som kan manipuleras förutsägbart. Den har många tillämpningar inom tillverkning där vätskor är inblandade, som att testa små prover av en drog, till exempel. Fältet är fortfarande i sin linda men det har redan en enorm inverkan. DELILA kommer att ge den ett nytt verktyg.

Bred front

Teamet attackerade problemet på bred front, tittar på allt från den tekniska potentialen av multipelstrålarinterferens till användarbehov. Huvudfokus för arbetet, dock, höll på att bygga en livskraftig produktionsprototyp.

Här var problemet att integrera de olika elementen i systemet och sedan fullända varje element. Ett viktigt genombrott inträffade med stämningsdelen av verket, manipulera ljus för att skapa störningar i mönstren och i de skalor som krävs.

DELILA visade för första gången funktionsstorlekar på ~30nm för direktskrivning och ~5nm för modifiering av nanostrukturer. Dessa är toppmoderna resultat för tekniken.

Direktskrivning är där laserstråleinterferens etsar mönster direkt på en form, utan att använda en fotomask. Det är mycket billigare än standardprocesser för att uppnå de nödvändiga funktionerna. 30nm-resultatet hänvisar till systemets kapacitet att skapa exakta funktionsstorlekar i det önskade mönstret.

Resultatet av strukturändringen, dock, är på många sätt mer intressant. Detta är den minsta möjliga struktur som systemet kan uppnå just nu. Det är för närvarande inte tillräckligt exakt för kommersiell tillämpning, men det faktum att DELILA kunde åstadkomma någon modifiering i denna skala indikerar att det kommer att vara möjligt att uppnå den precision som krävs för kommersiella ändamål. Detta blir nästa forskningsmål.

Patent upptagen

Teamet hade ett späckat schema under projektets gång. Förutom att producera banbrytande resultat, teamet lämnade in fem patentansökningar och mer än 20 tekniska publikationer, många fler än väntat.

Aspekter av deras arbete har direkt marknadsrelevans nu, med kommersiella produkter baserade på DELILAs resultat planerade att börja tillverka riktiga enheter inom de kommande två till tre åren.

Kanske ännu mer spännande, dock, är utsikterna till mycket större framsteg inom tekniken inom en snar framtid.

Kom ihåg, DELILA uppnådde strukturer på bara 5nm med hjälp av tekniken. Även om detta resultat inte heller är kommersiellt klart, Wang tror att teamet kan uppnå kommersiell 5nm direktskrivning med laserinterferenslitografi under de kommande fem åren.