Fortschrittliche Entwurfs- und Atmosphärendruck-Herstellungs-Technologien für zukünftige optische Instrumente

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Arnold; Dr.-Ing. Klaus Zimmer
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571207933

Die Mikrostrukturierung von Oberflächen gewinnt nicht nur für mikrotechnische Anwendungen zunehmend an Bedeutung, sondern bietet auch neue Möglichkeiten für optische Komponenten, die zunehmend auch in Anwendungen und Produkten des täglichen Lebens eingesetzt werden. Traditionell werden chemische bzw. plasmachemische Methoden unter Nutzung halogenhaltiger Ätzmittel zum Übertrag von photolithographisch hergestellten Masken für die Mikrostrukturierung von Oberflächen und Schichten, insbesondere in den Mikrotechnologien, angewendet. Mit dem Ziel der Entwicklung nachhaltiger und ressourcenschonender Methoden zur Mikrostrukturierung von topographisch komplex geformten, optischen Oberflächen werden lasergestützte Schreibprozesse mit plasmagestützten Prozessen der Strukturübertragung bei Atmosphärendruck verknüpft, wodurch die Übertragung von Haftmasken realisiert werden soll. Die Strukturübertragung ist mit reaktiven Atmosphärendruck-Plasmajets geplant, wodurch sowohl der Schreibprozess wie auch der Strukturübertragungsprozess lokal wirkt und so die Topographie, d.h. die makroskopische Form und die Mikrostrukturen, örtlich variiert werden können. Dabei lassen sich die Tiefe (durch das Plasmajetätzen) und die lateralen Dimensionen (beim Laserschreiben) lokal unabhängig voneinander einstellen. Dies eröffnet auch neue Möglichkeiten von Design und Entwurf hybrider optischer Oberflächen. Zunächst steht die Untersuchung der Prozesse und Mechanismen bei der Verknüpfung von Mikromaskierung und Strukturübertrag mit Reaktivgasen bei Atmosphärendruck im Zentrum, um den grundlegenden Erkenntnisgewinn sicherzustellen. Dies erfolgt durch eine gezielte Variation der Einflussfaktoren/Prozessparameter auf den Maskierungs- und den Ätzprozess und die analytische Bewertung der geätzten Oberflächen mit ihren geometrischen, topographischen und chemischen Eigenschaften. In diesem Zusammenhang kommt dem Studium der Materialien, d.h. der Substratmaterialien und der Entwicklung geeigneter photochemisch strukturierbarer Maskierungsmaterialien ein wesentliche Bedeutung zu, da diese Materialeigenschaften wichtige optisch funktionale Eigenschaften, wie die Oberflächenrauheit und die Oberflächenpräzision, beeinflussen. Im zweiten Abschnitt des Vorhabens werden die grundlegenden Erkenntnisse auf die Strukturierung angewendet, um hybride, komplex geformte Oberflächen mit spezifischen optischen Funktionalitäten herzustellen. Hierzu werden die Prozesse Designs, Formgebung, Mikrostrukturierung weiter aufeinander abgestimmt, um den Gesamtprozess zu optimieren und letztlich die erzielbaren Oberflächengenauigkeiten und optischen Funktionalitäten zu ermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Mojmír Serý, Ph.D.