Kostengünstige, großflächige Präparation von Interdigital-Elektroden im Nanometerbereich

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Hella-Christin Scheer
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229837852

Es soll eine preisgünstig realisierbare Strategie für die Herstellung von metallischen Interdigital-Strukturen entwickelt werden, die Geometrien im sub-Mikrometerbereich bzw. Nanometerbereich aufweisen; die aktive Fläche, über die sich diese Interdigitalstrukturen erstrecken, liegt im Millimeterbereich, zur elektrischen Kontaktierung sind Anschlussflächen im 100-Mikrometerbereich vorgesehen. Diese Zielstellung ist anspruchsvoll; trotzdem soll die Herstellung solcher Strukturen auf möglichst einfachem und kostengünstigem Weg erfolgen. Es sollen lediglich einfache Techniken wie Aufschleudern, Nanoimprint (Prägelithographie), optische Lithographie und Sputtern zum Einsatz kommen, nicht die für diesen Strukturgrößenbereich sonst üblichen Methoden wie das Elektronenstrahlschreiben oder das Trockenätzen, die komplexe Vakuumanlagen erfordern. Die Strukturdefinition soll in Form einer Hybridtechnik erfolgen. Die Nanoimprint-Lithographie (zur Definition des großflächigen Elektrodenfeldes mit Nanometerstrukturen) wird mit einer einfachen optischen Lithographie im Kontakt-Modus (zur Erzeugung der Anschlußflächen) kombiniert, und zwar in ein und derselben Photolackschicht; beide Verfahren arbeiten parallel über große Flächen. Der Prägeschritt wird so ausgeführt, dass keine Restschicht unter den eingeprägten Stempelstrukturen verbleibt; diese Vorgehensweise erübrigt einen Trockenätzschritt zur Restschicht-Entfernung. Unmittelbar nach der Hybrid-Lithographie werden nach einem Entwicklungsschritt die metallischen Strukturen mittels Aufsputtern und Lift-off erzeugt. Weiterhin wird darauf geachtet, ausschließlich leicht herstellbare oder leicht beziehbare Hilfsmittel und Materialien einzusetzen. konventionell hergestellte Prägestempel aus Si bzw. Replikat-Stempel derselben, standardmäßig hergestellte Photomasken (Cr auf Quartz, ohne zusätzliche Phasenshift-Strukturen), konventionell verfügbare Schichtmaterialien (Positiv- bzw. Negativ-Photolacke) sowie (soweit möglich) polymere Substrate. Diese Maßnahmen unterstützen zusätzlich das Erzielen eines günstigen Kosten-Nutzen-Verhältnisses. Metallische Interdigitalstrukturen bilden das Herzstück einer ganzen Reihe von Bauelementen, deren Qualität eng mit dem Vorhandensein nanoskaliger Strukturen über große Flächen verknüpft ist. Die Beispiele reichen von einfachen Sensoren auf Basis einer kapazitiven oder resistiven Detektion (z.B. für den Nachweis von Fremdstoffen im Umweltbereich) bis zu kostengünstigen durchstimmbaren DFB (distributed feedback) Lasern auf Basis organischer optisch-aktiver Substanzen (z.B. zur Erkennung von Bio-Markern in Lab-on-Chip-Systemen). Eine kostengünstige Herstellungsstrategie ist auch interessannt für den einmaligen Einsatz in miniaturisierten Analysesystemen, insbesondere wenn Plastik-Substrate zu Einsatz kommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen