3D-Drucker basierend auf der Zwei-Photonen-Polymerisation für maskenlose Mikrofabrikation (Teilfinanzierung)

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538872077

Dieser Antrag befasst sich mit der Beschaffung eines 3D-Druckersystems auf der Grundlage der Zwei-Photonen-Polymerisation ("3D-Drucker") für die Herstellung komplexer 2,5D- und 3D-Mikrostrukturen mit höchster Auflösung und Genauigkeit. Gegenwärtig ist die Integration neuartiger Quantensysteme häufig durch die Beschränkungen konventioneller Fertigungstechniken begrenzt. Solche Quantensysteme erfordern häufig hybride elektro-photonische Schnittstellen und Verbindungen, die mit herkömmlichen Mikrofabrikationstechniken nur sehr schwierig bzw. überhaupt nicht zu realisieren sind. Dies gilt sowohl für Forschungssysteme als auch für die Massenproduktion. Der 3D-Drucker wird zur kompakten Integration der erforderlichen Kontrollstrukturen sowohl für spin- als auch für atombasierte Qubits eingesetzt, die eine präzise Erzeugung von hochfrequenten magnetischen bzw. elektrischen Feldern erfordern. Anwendungen solcher Quantensysteme, insbesondere im Bereich der biomedizinischen Sensorik, erfordern zudem häufig die präzise Handhabung und Kontrolle von Flüssigkeiten durch mikrofluidische Strukturen, die in das Quantendevice integriert werden müssen. Die sich daraus ergebenden Strukturen lassen sich mit herkömmlichen planaren, reinraumbasierten Fertigungsmethoden nur sehr schwer und/oder zeitaufwändig herstellen. Um die Herstellung der oben genannten Strukturen zu ermöglichen, muss das geforderte System die 3D-Fertigung von Mikrostrukturen mit einer Auflösung und Genauigkeit im (Sub-)Mikrometerbereich im Wafermaßstab ermöglichen, einschließlich der Möglichkeit des direkten Drucks von mikrooptischen Elementen wie Linsen, Beugungsgittern und faseroptischen Kopplern. Um eine potenzielle Skalierbarkeit der Fertigung zu ermöglichen, ist eine automatische Ausrichtung des 3D-Drucks auf vorhandene optische Elemente wie Fasern und photonische Chips erforderlich. Insgesamt ermöglicht dies eine Integration komplexer hybrider photonisch-elektronischer Nano-/Mikrosysteme mit Fähigkeiten, die den derzeitigen Stand der Technik erheblich erweitern. Da der 3D-Drucker selbst nur nichtleitende Polymere drucken kann, werden wir verschiedene Methoden anwenden, z.B. den 3D-Aerosol-Druck, um die erforderlichen leitfähigen Strukturen für die Erzeugung der magnetischen und elektrischen HF-Felder zur Qubit-Steuerung herzustellen. Darüber hinaus können wir die hohe Präzision des 3D-Druckers nutzen, um Stützstrukturen mit variablen Durchmessern, dünnen Wänden und hohen Aspektverhältnissen zu drucken, um 3D-Spulenstrukturen mit dem in unserem Labor etablierten 3D-Drahtbondverfahren mit isolierten Bonddrähten herzustellen. Solche 2,5D- und 3D-Geometrien weisen eine wesentlich bessere Feldhomogenität auf als rein planare Geometrien, die für die meisten modernen gepulsten Kontrollsequenzen erforderlich sind. Zusammenfassend werden wir den beantragten 3D-Drucker für die Entwicklung neuartiger Konzepte für die hybride Integration von Quantendevices sowie weiteren intelligente Sensoren einsetzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: 3D-Drucker basierend auf der Zwei-Photonen- Polymerisation für maskenlose Mikrofabrikation (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. Jens Anders