低温3D打印石英玻璃纳米结构实现半导体领域的技术突破

    由纯二氧化硅构成的石英玻璃纳米精细结构通过3D打印成型，为光学、光子学及半导体技术的多样化应用开辟了全新前景。然而，此前基于传统纳米颗粒烧结的工艺仍占据主导地位。

    传统二氧化硅纳米颗粒烧结需超过1100℃的高温环境，这一温度对直接沉积于半导体芯片的工艺而言过高。由卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所（INT）JensBauer博士领衔的研究团队，近日开发出一种新型低温制造工艺，可生产兼具高分辨率、优异机械性能及可见光透明度的石英玻璃结构。

    JensBauer作为卡尔斯鲁厄理工学院"纳米结构超构材料"EmmyNoether研究组负责人，与加州大学欧文分校及EdwardsLifesciences公司的合作者，在《科学》期刊上详细阐述了这一创新3D打印技术。

    研究采用专门设计的有机-无机杂化聚合物树脂作为初始材料，其核心成分为多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）分子——一种带有有机官能团的笼状二氧化硅微结构。

    在3D打印形成网络化纳米结构后，样品被置于空气中经650℃热处理。此过程中，有机组分被完全移除，而无机POSS笼状结构通过融合形成连续的熔融二氧化硅微/纳米结构。该工艺温度较传统纳米颗粒烧结法降低约50%。

    JensBauer指出："低温特性使坚固、透明且自由成型的光学玻璃结构能够以可见光纳米光子学所需的分辨率，直接打印至半导体芯片表面。除卓越光学性能外，该工艺制备的石英玻璃还具备优异机械性能与易加工特性。"

    研究团队利用POSS树脂成功打印多种纳米级结构，包括由97纳米光束构成的光子晶体、抛物面微透镜及带纳米结构的微透镜。Bauer补充称："这些3D打印结构可耐受极端化学或热环境挑战。"

    该研究由3DMatterMadetoOrder（3DMM2O）卓越集群支持，该集群为卡尔斯鲁厄理工学院与海德堡大学的联合研究平台，聚焦自然科学与工程科学的交叉融合，体现高度跨学科的研究理念。JensBauer的目标是通过此项技术，将三维增材制造工艺推向全新高度。