Nanoimprint for diffraktive elementer

The project partners all develop gas sensors based on diffractive optical elements (DOEs). With these elements, the sensors measure both the gas concentration and control the background simultaneous. Calibration is therefore not needed, which is a large advantage compared to competing sensor technologies. The diffractive structures are at present fabricated by lithography and etching in several steps with a high levels of accuracy. The production cost is high and limits the sensors competitiveness. The main target of the project is therefore to develop a low cost and effective production method for different types of advanced diffractive elements for use in gas sensors. Nanoimprint is a type of stamping technique. A stamp with a three dimensional structure on the surface is placed on top of a silicon surface coated with a UV-polymer. The stamp structure is transferred into the UV-polymer and cured with UV light before the pattern is etched down into the Silicon surface. Using this technique, it is only necessary to make one perfect DOE and transfer the pattern from this element to the stamp, which will be used in the production. The challenge will be controlling the transfer and etching processes such that the transferred pattern is equal to the stamp pattern. In the project two different nanoimprint techniques have been investigated: "Roll-on", where the stamp is fixed to a flexible polymer film, and one where the stamp is fixed to a quartz wafer. Pros and cons of the two techniques have been evaluated for the different applications in the project. We discovered that the "roll-on" technique gave the most repeatable results, in addition to being simpler and faster in general. Especially in cases where the alignment criteria is 3 um or above, this is a very good solution. At the end of the project we had developed succesful processes for two of the three designs, and developed a lot of general competence within nanoimprint and design criteria for nanoimprint. The cost reduction was not as large as in the original project goals, but dependent on design it seems feasible that the cost could be brought down to 75%-40% of standard fabrication cost.

Nanoimprint er en moderne teknikk for prosessering av mikro- og nanoteknologi. Teknikken går ut på å overføre et overflatemønster først til et polymermateriale som er lagt på substratet. Mønsteret overføres så ved etseteknikker videre inn i substratet som gir det ferdige produktet. SINTEF har nylig gått til innkjøp av avansert Nanoimprint-utstyr fra EVG, og Optosense, Nyborg og GasSecure ønsker å utvikle teknikken slik at den er anvendbar i produksjonen av diffraktive optiske elementer til bruk i gassdete ksjon.De diffraktive elementene er patenterte design i verdensklasse fra prosjektpartnernes forskning innen mikrooptikk de siste ti årene. Om HMS: Nanoimprint-prosessen vil redusere bruken av kjemikalier og gasser i produksjon av kjernekomponentene da an tallet prosesstrinn blir redusert i forhold til dagens produksjonsmetode. MiNaLab er ISO-14001:2004 miljøsertifisert, og det medfører at det finnes et system for å identifisere og begrense miljømessige konsekvenser for alle typer prosesser, tjenester og p rodukter. Sertifiseringen medfører også et kontinuerlig arbeid med forbedring av miljø parametere. Dette inkluderer alt fra oppsamling og destruering av kjemikalier til tiltak for å redusere strømforbruket ved labben. HMS tiltak er svært sentralt i den da glige driften, og SINTEF MiNaLab har HMS opplæring og et omfattende system for autorisering av personell som jobber med laboratorierelaterte oppgaver. (Merk at teknisk beskrivelse er tatt ut og finnes i den opprinnelige søknaden, samt i vedlagt prosjektb eskrivelse.) SINTEF MiNaLab er i en meget god posisjon for å utvikle denne teknikken i samspill med tradisjonelle teknikker som reaktiv ione-estsing (RIE) og fotolitografi, som tidligere har vært benyttet for å produsere lignende diffraktive elementer. F orskningsarbeidet vil også kunne føre til videre innovasjon innen nano- og mikroteknologi, med anvendelser eksempelvis innen kontroll av matvarekvalitet, biomedisinske sensorer og sensorer for plastresirkulering.