Modellierung und technologische Erweiterung des oberflächenkontrollierten Kontaktdrucks von Nanodrähten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts sollten die Mechanismen des oberflächenkontrollierten Kontaktdrucks von „bottom-up“ gewachsenen Nanodrähten (hier auf Basis von Siliziumnanodrähten) weiter erforscht werden, um die mikrotechnologische Fertigung von elektronischen Bauelementen auf Nanodraht-Basis zu verbessern. Hierzu galt es auch Möglichkeiten einer technologischen Erweiterung zu studieren. Zur experimentellen Umsetzung wurde eine Anlage für den Kontaktdruck in Betrieb genommen, welche im Vergleich zum Stand der Forschung neue Freiheitsgrade ermöglicht. Hierzu zählen der bidirektionale Druck auf Substraten bis zu 100 mm Durchmesser bei gleichzeitiger, dynamischer Kontrolle des Kontaktdrucks. Im Projektverlauf wurde die Anlage zusätzlich mit einer UV-Lichtquelle und einem Stempelhalter ausgestattet, so dass auf einer einzigen mikrotechnologischen Plattform Nanodrahtkontaktdruck, Soft-Transfer-Druck und Nanoimprintlithographie durchgeführt werden können. Im Bereich des Nanodrahtkontaktdrucks wurde das mechanische Verhalten bzw. die Wechselwirkung mit dem Substrat von einzelnen Nanodrähten in numerischen Simulationen näher beschrieben, um eine verbesserte modellbasierte Beschreibung zu erhalten. Hierbei wurden sowohl die Nanodrahtgeometrie, die Substratoberflächentopografie, Reibungsparameter als auch die Ausrichtung der Nanodrähte auf dem Ursprungssubstrat berücksichtigt. Die Messung der Reibung von einzelnen Nanodrähten wurde erprobt, konnte jedoch keine überzeugenden Ergebnisse liefern, weshalb diese Experimente im Weiteren keine Berücksichtigung fanden. Im Ergebnis konnte ein verbessertes Verständnis der Mechanismen während des Nanodrahtkontaktdrucks abgeleitet werden, was auch den Einfluss von Fängerstrukturen und Oberflächeneigenschaften des Zielsubstrats umfasst. Durch dynamischen, druckkontrollierten Kontaktdruck konnte im Rahmen des Vorhabens gezeigt werden, dass auch ohne weitere Hilfsstrukturen wie Nanodrahtfänger und Resistelemente Kontrollen von Nanodrahtdichte und Anordnung möglich sind, was eine deutliche Vereinfachung des Verfahrens ermöglicht. Auch eine Kontrolle des Depositionswinkels in der Zielsubstratebene und überlagerte Nanodrahtanordnungen durch Mehrfachdruck konnte erfolgreich umgesetzt werden. Durch die Kontrolle des Nanodrahtkontaktdrucks wurden Nanodrähte auf verschiedenen Substraten ausgerichtet übertragen. Hierbei konnte auch eine erfolgreiche Abscheidung auf Mikrobiegebalken gezeigt werden, welche schlussendlich für die Herstellung von Nanodraht-Sonden für die Rasterkraftmikroskopie implementiert wurden. Auch konventionelle Feldeffekttransistorkonfigurationen wurden realisiert. Um die Dichte und Positionierung von Nanodrähten bei gleichzeitiger Minimierung von Partikeln weiter zu kontrollieren, wurde der Einsatz eines Soft-Transferdrucks zusätzlich zum Kontaktdruck erforscht. Hierzu wurden Nanodrähte auf einem Substrat mit paralleler Ausrichtung abgelegt und anschließend erfolgreich mit weichen, polymeren und mikrostrukturierten Stempeln lokal auf ein Zielsubstrat übertragen. Mit Hilfe der implementierten UV-Lichtquelle und weichen, transparenten mikrostrukturierten Stempeln wurde auf der gleichen Plattform, wie oben angeführt, auch eine Nanoimprintlithographie als zusätzliche technologische Erweiterung umgesetzt. Hierbei konnten polymere Nanodrahtfängerstrukturen in unterschiedlichen Konfigurationen erzeugt und eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Glas-Polymer-Hybridstempeln konnte darüber hinaus die simultane Erzeugung von skalenübergreifenden Strukturen, hier vom Mikrometer bis in den Millimeterbereich, innerhalb eines einzelnen Prozessschritts durch Nanoimprintlithographie demonstriert werden. In Kombination von druckkontrolliertem Kontaktdruck, Soft-Transfer-Druck und Nanoimprintlithographie auf einer einzigen technologischen Plattform wird die Realisierung von Nanodraht-basierten Bauelementen erweitert und vereinfacht. Im Ergebnis des Forschungsvorhabens wurde gemäß der Zielstellung dieses Forschungsvorhabens der Nanodrahtkontaktdruck modelliert, um ein verbessertes Verständnis des Nanodrahtkontaktdrucks zu erhalten und eine signifikante technologische Erweiterung erzielt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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“Combining Nanoimprint Lithography and Nanowire Contact Printing on a Single Platform”. 2020 GMM-Fachbericht 97: Mikro-Nano-Integration
P. Salimitari; S. Supreeti & S. Strehle
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Assembly of Single-nanowires by Combining Soft Transfer and Surface Controlled Contact Printing - Conference papers - VDE Publishing House,” in MikroSystemTechnik Kongress 2021.
P. Salimitari; C. Reuter; A. Kroetschl & S. Strehle
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Exploring nanowire regrowth for the integration of bottom-up grown silicon nanowires into AFM scanning probes. Journal of Micromechanics and Microengineering, 31(5), 055010.
Behroudj, A.; Salimitari, P.; Nilsen, M. & Strehle, S.
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Aligned deposition of bottom-up grown nanowires by two-directional pressure-controlled contact printing. Nanotechnology, 33(23), 235301.
Salimitari, P.; Behroudj, A. & Strehle, S.
