Anlage zur 3D-Femtosekundenlaser-basierten Mikrobearbeitung

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 537273289

Die präzise 3D-Mikrobearbeitung von komplexen Gläsern und Glaskeramiken stellt einen international wichtigen Forschungsbereich für die Mikrosystemtechnik aber auch für das Land Thüringen in Bezug auf die regionale Innovationsstrategie dar. Der Einsatzbereich reicht von der Mikrosensorik und -aktorik, über Optik und Präzisionsmesstechnik bis hin zu Lifesciences, Energiegewinnung und Quantentechnologien. Die reproduzierbare und präzise Glas-Mikrobearbeitung stellt noch immer eine große Herausforderung dar und erfolgt z.B. mit Fluor-Plasma-basierten Verfahren. Die Erzeugung von 3D-Strukturen in Glas ist durch diese Verfahren derzeit aber nur in sehr eingeschränktem Maße möglich und unverhältnismäßig aufwändig. Im Rahmen des Antrags soll daher eine Anlage zur ressourcenschonenden, Fluor-Gas-freien und effizienten 3D-Mikrobearbeitung von Gläsern und Glaskeramiken angeschafft werden. Mit Hilfe eines fokussierten Femtosekundenlasers können Gläser in einem hochlokalen Bereich modifiziert werden. Durch 3D-Führung des Laserfokus erfolgt die 3D-Bearbeitung, wobei primär das sog. „selective laser(-induced) etching“ (SLE) und das hermetische Verschweißen von Gläsern im Fokus stehen. Sekundär seien auf lokale Brechungsindex-Modifikationen, einen selektiven Materialabtragung (z.B. Metalldünnschichten) und die Zweiphotonenpolymerisation (2PP) verwiesen. Hierdurch lassen sich komplexe und neuartige 3D-Funktionsstrukturen schaffen, welche nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand mit den gegenwärtig an der TU Ilmenau zur Verfügung stehenden Verfahren herstellbar sind. Nicht zuletzt gestattet die Anlage somit auch neue Ansätze in der Gestaltung und im Aufbau von interdisziplinär ausgerichteten Mikrosystemen, die es zu erforschen gilt. Die Kombination dieser Laser-basierten 3D-Mikrobearbeitung mit den bestehenden Forschungsarbeiten im Bereich der Plasma-basierten Glas-Mikrostrukturierung, der fotostrukturierbaren Gläser und einer kürzlich zum Patent angemeldeten Elektronenstrahl-basierten Glas-Nanostrukturierung gestatten innovative Freiheitsgrade und damit die Umsetzung neuartiger interdisziplinärer und kooperativer Forschungsprojekte an der TU Ilmenau und am Fachgebiet Mikrosystemtechnik. Die Anlage soll im Reinraumlabor des Fachgebiets Mikrosystemtechnik in unmittelbarer Nähe zum Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien (DFG-Gerätezentrum) betrieben werden, um kooperative und interdisziplinäre Forschungsarbeiten in einer kontrollierten Laborumgebung umzusetzen, welche auch alle peripheren Technologien bereitstellt. Des Weiteren ist damit die nahtlose Einbettung in die laufenden Forschungsthemen garantiert. Selbstverständlich soll die Anlage für hausinterne und auch externe Forschungskooperationen zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Anlage zur 3D-Femtosekundenlaser-basierten Mikrobearbeitung
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Ilmenau
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Steffen Strehle