Mikrofabrikationssystem auf der Basis der Zwei-Photonen-Lithographie

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496890651

Es wird ein Gerät beantragt, mit dem die Herstellung von dreidimensionalen (3D) Strukturen bis hin zu Strukturgrößen im Submikrometerbereich möglich ist. Das Mikrofabrikationssystem soll es erlauben, eine möglichst breite Klasse von 3D-Geometrien herzustellen, insbesondere Strukturen mit hohem Aspektverhältnis, mit Hinterschneidungen, Strukturen mit komplexen Topologien und Strukturen, die nicht als Projektion auf eine Ebene beschreibbar sind. Das System soll in der Lage sein, Volumina bis zu einer Größenordnung von einem Kubikzentimeter zu strukturieren. Dabei ist eine Multiskalenfähigkeit erwünscht, d. h. je nach gewünschter Strukturgröße sollen unterschiedliche Strukturierungsmodi zum Einsatz kommen, wobei grobe Strukturen schneller gefertigt werden können als feine. Auf diese Weise wird es möglich, auch relativ große Volumina mit moderatem Zeitaufwand zu strukturieren. Weitere wichtige Anforderungen sind die Biokompatibilität der eingesetzten Materialien und die geringe Oberflächenrauheit, die z. B. für Anwendungen in der Optik zum Tragen kommt. Eines der wichtigsten Einsatzgebiete des Mikrofabrikationssystems wird in der Mikrofluidik liegen. In den entsprechenden Projekten werden z. B. mikrofluidische Versorgungsnetzwerke, Strukturen für Lab-on-a-Chip-Systeme oder optofluidische Komponenten benötigt. Recherchen zu den am Markt verfügbaren Geräten haben ergeben, dass diese Anforderungen in der Summe nur von Systemen auf der Basis der Zwei-Photonen-Lithographie (2PL) erfüllt werden. Dabei dient eine Lösung von Photopolymeren, die unter UV-Licht polymerisieren, als Ausgangsmaterial. Die Wellenlänge des eingestrahlten Lichts wird so gewählt, dass die Absorption von zwei Photonen notwendig ist, um die Polymerisation zu initiieren. Damit hängt der Polymerisationsprozess nichtlinear von der Lichtintensität ab. Als Resultat erhält man einen sehr kleinen räumliche Bereich im Laserfokus, in dem die Intensität ausreicht, um die Polymerisation zu initiieren. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, sehr feine Strukturen mit Größen im Submikrometerbereich herzustellen. In der praktischen Umsetzung rastert ein Laserstrahl die Photopolymerlösung ab, die sich dabei lokal erhärtet. Die nicht-polymerisierte Lösung kann anschließend entfernt werden, so dass die durch den Laserstrahl abgerasterten Volumina schließlich die 3D-Struktur bilden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mikrofabrikationssystem auf der Basis der Zwei-Photonen-Lithographie
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Leiter: Professor Dr. Steffen Hardt