カリフォルニア大学アーバイン校のエンジニアが光学式 3D プリント方法を発明

イノベーションにより、医療、通信、その他のアプリケーションのテクノロジーのオンチップ製造が可能になります

カリフォルニア大学アーバイン校の科学者が率いる研究チームは、光学グレードのガラスを3Dプリントするための新しい低温方法を開発し、高解像度の可視光ナノフォトニクス機能を備えたマイクロエレクトロニクスシステムへの扉を開きました。

このイノベーションは、最近サイエンス誌に掲載された論文の主題です。

医療、ナビゲーション、通信、リモートセンシング、その他のアプリケーションで使用される新世代のテクノロジーは、高精度の光学素子とマイクロエレクトロニクスの組み合わせによって可能になる可能性があります。 しかし、光学ガラスを印刷する従来の方法では、まさにプラットフォームを構成する材料に損傷を与える高温焼結が必要です。

「この研究はオンチップ製造への道を切り開くものだ」と筆頭著者のイェンス・バウアー氏は語った。彼は材料科学と工学のUCI研究員としてこのプロジェクトを開始し、現在はドイツのカールスルーエ工科大学でナノアーキテクト・メタマテリアル研究室を率いている。 「摂氏 650 度に耐えることができるほとんどすべてのチップでは、高品質で透明なガラスのマイクロおよびナノ構造をチップ上に直接印刷することが可能になります。」 材料科学と工学のUCI研究員であり、この研究の共著者でもあるキャメロン・クルック氏はこう説明する。

UCI と KIT でのチームの研究には、2 光子重合、または直接レーザー書き込みと呼ばれる 3D プリンティング プロセスの使用が含まれていました。 この方法により、複雑なナノスケール構造の作成が可能になりますが、これまでは印刷に適したポリマー樹脂を使用したプラスチックでの形成が主でした。 シリカガラスなどの光学材料を使用した 3D プリンティングでは、摂氏 1,100 度を超える温度でナノ粒子を焼結する必要がありました。この温度は材料を液化せずに結合するには十分な温度ですが、半導体チップ上に蒸着するには高すぎます。

研究者らの解決策は、ほんの一握りの原子で構成される小さなガラスクラスターを含む「多面体オリゴマーシルセスキオキサン」（POSS）分子を中心に構築された液体樹脂を成分として使用することであった。 彼らは POSS を他の有機分子と組み合わせて、簡単な 3D プリントを可能にしました。 得られた架橋されたプレガラスポリマーナノ構造体を空気中で摂氏650度の温度まで加熱し、有機成分を剥離して連続的なガラスナノ構造体を形成した。

「得られたガラス部品は、97ナノメートルまでの史上最高の解像度を持ち、化学的に完全に純粋で、光学グレードの品質でした」とバウアー氏は述べた。

同氏は、この技術を調整して石英ガラスを超える材料を含めることができ、集積回路における全く新しい能力を明らかにできると付け加えた。 研究者らはこの革新的な技術について国際特許を申請した。

研究チームには、アーバインに拠点を置く Edwards Lifesciences Inc. の Tommaso Baldacchini 氏が含まれていました。資金はドイツ研究財団から提供され、イメージングのサポートはカリフォルニア大学アーバイン材料研究所から提供されました。