Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) araştırmacıları, bir insan saçının % 1’nden daha küçük, yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu baskı tekniği olan iki foton litografisinin (TPL) nano ölçekli özellikleri üretebilen yeteneklerini genişletmek için yeni yollar keşfetti.
Bulgular, X-ışını bilgisayarlı tomografisinin (CT) gömülü 3 Boyutlu basılı tıbbi cihaz veya implantlarda stres veya kusurları noninvaziv olarak analiz etme potansiyelini de ortaya çıkarıyor.
İki foton litografinin, tipik olarak lazer ışığının kürünü ve baskının oluştuğu hassas bir noktaya odaklanmasına yardımcı olması için ince bir cam slayt, bir mercek ve daldırma yağı gerekir. Çözünürlükte diğer 3 boyutlu baskı yöntemlerinden farklıdır. Çünkü lazer ışığı noktasından daha küçük özellikler üretebilir. Başka hiçbir baskı işlemi ile eşleşemez.
Teknik, diğer yöntemlerin olağan kırılma sınırını atlar. Çünkü daha önce bir ticari sır niteliğindeki yapıları sertleştiren ve iyileştiren fotorezist materyal aynı anda iki foton emer.
Makalede, LLNL araştırmacıları, iki foton litografi için optimize edilmiş direnç malzemeleri üzerine kod kırma ve 150 nanometreden daha az özelliklere sahip 3 boyutlu mikroyapıların oluşturulması anlatılıyor.
Önceki teknikler, yerden yüksekliği sınırlayan yapıları inşa ettiler. Çünkü cam slayt ve mercek arasındaki mesafe genellikle 200 mikron veya daha azdı. Süreci başında döndürerek direnç maddesini doğrudan mercek üzerine koyarak ve lazerin direnç üzerinden odaklanması ile araştırmacılar artık nesneleri birden çok milimetre basabiliyorlar.
Ayrıca, araştırmacılar, fotopolimer dirençleri absorbe edebilen X-ışınlarının miktarını ayarlayabildiler ve arttırabildiler. Zayıflatma, teknik için yaygın olarak kullanılan fotorezistlerin 10 katından daha fazla arttı.
Makalelerdeki eş yazar LLNL araştırmacısı James Oakdale, “Bu yazıda, çözünürlük kaybetmeden iki fotonlu litografi sistemleri üzerine özel malzemeler hazırlamak için sırları çözdük” dedi.
Endeks Uyumu
Araştırmacı, bulmaca çözmek için lazer ışığı fotorezist materyali geçerken kırıldığından “endeks uyumu” yaptı. Bu, rezistans maddesinin kırılma indeksinin lensin daldırma ortamıyla nasıl eşleştirileceğini keşfetti. Lazer engellenmeden geçebildi.
Endeks eşleştirmenin, 100 nanometre kadar küçük özelliklerle daha büyük parçaların basılması imkânını sağladığını belirttiler.
Gazetenin baş yazarı Sourabh Saha “Fonksiyonel 3 boyutlu yapıları bastırmak için iki foton litografi kullanmak isteyen araştırmacıların çoğunun 100 mikrondan daha uzun parçaları istediğini” belirtti.
“Bu indeks eşleşen dirençlerle, yapıları istediğiniz kadar uzun süre basabilirsiniz. Tek sınırlama hızıdır. Bu basit bir düzenek, ancak bunun nasıl yapılacağını bildiğimiz için süreci teşhis edebilir ve iyileştirebiliriz.”dedi.
Malzemenin X-ışını emilimini ayarlayarak, araştırmacılar şimdi parçaları açık bırakmadan görüntülemeye yönelik bir teşhis aracı olarak X-ışını-bilgisayarlı tomografisini kullanabilir. Stentler gibi gövde içine gömülü 3 boyutlu basılı nesneleri araştırabilirler. Örneğin, eklem replasmanları veya kemik iskeleleri, gibi.
Bu teknikler ayrıca, Ulusal Ateşleme Tesisi için hedeflerin iç yapısının yanı sıra optik ve mekanik metam malzemeler ile 3 boyutlu baskılı elektrokimyasal piller üretmek ve derinlemesine araştırma için kullanılabilir.
Tek sınırlayıcı faktör, inşa etmesi gereken zamandır. Bu nedenle araştırmacılar süreci paralel hale getirmek ve hızlandırmak isteyecektir. Gerçek, kritik önem taşıyan parçaları oluşturmak için tekniği kullanarak daha da küçük özelliklere geçmeyi ve gelecekte daha fazla işlevsellik sağlamayı düşünüyorlar.
Araştırmacılardan Saha “Bulmacada çözdüğümüz çok küçük bir parça. Ancak şu anda bu alanda oynamaya başlamak için yeteneklerimizden çok daha eminiz,” dedi.
“Farklı uygulamalar için potansiyel bir çözümümüz olduğunu bildiğimiz bir yol izliyoruz. Daha büyük yapılardaki daha küçük özelliklere duyulan ilgiyi, dünyanın geri kalanının bilimsel araştırmaların ön planına getirmesini sağlıyoruz. Ve uygulama tarafında, teoride planlanan işleri basmak için yeni pratik yollar geliştiriyoruz “dedi.
