Nanoimprint for diffraktive elementer

Samarbeidpartnerne i prosjektet lager alle gass-sensorer basert på diffraktive optiske elementer (DOE). Disse elementene gjør sensorene kalibreringsfrie da måling av gasskonsentrasjon og bakgrunnskontroll gjøres simultant, noe som gir store fortrinn i for hold til konkurrerende sensorteknologier. I dag lages de diffraktive strukturene ved hjelp av litografi og etsing i flere trinn med høye krav til nøyaktighet, noe som medfører høye produksjonskostnader og begrenser sensorenes konkurransedyktighet. Prosjektets hovedmål er derfor å ta fram en billig og effektiv produksjonsmetode for ulike avanserte diffraktive elementer til bruk i gassdetektorer. Enkelt forklart fungerer nanoimprint som en stempelteknikk. Et stempel bestående av en tredimensjonal struktur på overflaten plasseres oppå en silisiumskive dekket med UV-polymer. Stempelets struktur overføres så ned i UV-polymeren, herdes med UV-lys, og mønsteret etses så ned i silisiumskiven. På denne måten er det kun nødvendig å lage et perfekt DOE og overføre mønsteret fra dette til stempelet som skal brukes i produksjonen. Utfordringene vil ligge i å kontrollere både overføringsprosessen og etseprosessen slik at det overførte mønsteret er likt stempelmønsteret. I prosjektet har det vært arbeidet med to ulike nanoimprintteknikker - såkalt "roll-on" hvor stempelet sitter på en fleksibel polymerfilm, og en hvor stempelet sitter på en kvartsskive. De ulike teknikkene har fordeler og ulemper som er blitt vurdert for de ulike applikasjonene i prosjektet. Vi fant ut at "roll-on" teknikken er den som gir mest repeterbart resultat i tillegg til at den er enklere og mindre tidkrevende. Særlig i de tilfellene hvor krav til opplinjering er 3 um eller større er dette en svært god løsning. Til slutt i prosjektet nådde vi vellykede produksjonsprosesser for to av de tre av designene, og utviklet mye generell kompetanse rundt nanoimprint og designkriterier for nanoimprint. Kostnadsreduksjonen ble ikke så stor som i opprinnelig målsetning, men avhengig av design er kostnad på 75%-40% av standard fabrikasjonskostnad realistisk.

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.