Amerikanische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Herstellung von geordneten mikroskopischen Strukturen wie etwa Leiterbahnen für Computerchips entwickelt, die an das bekannte Xerox-Kopierverfahren angelehnt ist. Dabei wird eine Unterlage mit einem Metallstempel, dessen Reliefprofil die gewünschten Strukturen aufweist, in Kontakt gebracht. Wenn nun die Unterlage mittels einer elektrischen Spannung an den Kontaktstellen mit dem Stempelrelief elektrisch aufgeladen und anschließend in ein Bad aus mikroskopisch kleinen Teilchen getaucht wird, so lagern sich diese genau an den geladenen Stellen der Unterlage ab. Über ihre Methode berichten die Forscher im Fachmagazin Advanced Materials (Bd. 14, S. 1553).
Die Forschergruppe um Heiko Jacobs voder Universität von Minnesota ließ sich bei der Herstellung dieses Druckverfahrens von herkömmlichen Xerox-Kopierern leiten. In diesen Kopierern wird das Druckbild zunächst in Form von elektrischen Ladungen auf der Seite erzeugt, und anschließend lagern sich die Tonerpartikel genau an den aufgeladenen Stellen ab. Während allerdings die Auflösung der besten Xerox-Kopierer auf etwa 100 Mikrometer beschränkt ist, demonstrieren die Forscher in ihrer Arbeit eine Auflösung von 0,8 Mikrometern.
Das zentrale Element des Druckverfahrens ist ein mit einer dünnen Metallschicht überzogener Kunststoffstempel, dessen Profil das Positivbild der gewünschten Strukturen darstellt. Zur Herstellung dieses Stempels können industrielle und zumeist sehr zeitaufwändig und teure Lithographiemethoden eingesetzt werden ? im Extremfall etwa Elektronenstrahllithographie.
Beim Druckvorgang wird der Stempel nun mit einer Siliziumscheibe, die mit einem dünnen Film aus Kunststoff überzogen ist, in Kontakt gebracht. Wenn nun eine elektrische Spannung zwischen der Metallschicht des Stempels und der Siliziumscheibe angebracht wird, so lädt sich der Kunststoffilm überall dort elektrisch auf, wo er mit dem Relief des Stempels in Kontakt ist. Diese Aufladung bleibt nach dem Entfernen des Stempels erhalten ? das Positivbild der zu druckenden Strukturen ist somit in Form von elektrischen Ladungen auf die Kunststoffschicht übertragen worden. Die kleinsten der auf diese Weise erzeugten Ladungsmuster wiesen einen Durchmesser von nur 150 Nanometern (Millionstel Millimetern) auf.
Wenn die geladene Kunststoffschicht nun mit mikroskopisch kleinen Teilchen in Kontakt gebracht wird, so lagern sich die Teilchen wie die Tonerpartikel beim Kopieren genau an den geladenen Bereichen der Schicht ab. In ihrem Experiment setzten die Forscher dazu Partikel eines gewöhnlichen Toners sowie Teilchen aus Eisenoxid und Graphit ein. Die kleinste auf diese Weise gedruckte Struktur bestand aus 100 Nanometern großen Graphitteilchen und wies einen Durchmesser von nur 800 Nanometern auf. Die Forscher glauben, das eine Verfeinerung ihrer Methode das Drucken von noch feineren Strukturen erlauben wird.
Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass ein einzelner Stempel für viele Tausend Druckvorgänge eingesetzt werden kann. Die Stempel können zudem mit einer Druckfläche von mehreren Quadratzentimetern hergestellt werden. Die Forscher glauben, dass mit derartigen Stempelmethoden in Zukunft die Layouts von Computerchips schnell und billig gedruckt werden könnten.
Stefan Maier
