據麥姆斯咨詢報道，近期，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）開發的一種新型3D打印工藝可生產出直接打印到半導體芯片上的納米精細石英玻璃結構。

新型3D打印工藝可以在納米尺度上實現各種各樣的石英玻璃結構

有機-無機雜化聚合物樹脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于該工藝不需要燒結，因此所需的溫度要低得多。同時，更高的分辨率使得面向可見光的納米光子學成為可能。這項研究工作在Science期刊中進行了報道。

由純二氧化硅組成的石英玻璃納米精細結構3D打印，為光學、光子學和半導體技術的許多應用開辟了新的可能性。然而，直到現在，基于傳統燒結二氧化硅的工藝仍占主導地位。

燒結二氧化硅納米粒子所需的溫度超過1100攝氏度——對于直接沉積在半導體芯片上來說太高了。由卡爾斯魯厄理工學院納米技術研究所（INT）Jens Bauer博士領導的研究小組現已開發出一種新工藝，可以在顯著降低的溫度下生產具有高分辨率和出色機械性能的可見光透明石英玻璃。

Jens Bauer是卡爾斯魯厄理工學院Emmy Noether研究小組“納米結構超構材料（Nanoarchitected Metamaterials）”的負責人，他和來自加州大學歐文分校（the University of California Irvine）和爾灣醫療技術公司Edwards Lifesciences的同事在Science期刊上介紹了這種新的3D打印工藝。

一種專門開發的有機-無機雜化聚合物樹脂用作起始材料，其由所謂的多面體低聚倍半硅氧烷分子（POSS）組成：微小的籠狀二氧化硅分子帶有有機官能團。

一旦形成，將完全3D打印和網絡化的納米結構在空氣中被加熱到650攝氏度的溫度。在此過程中，有機組分被排出，同時無機POSS籠結合，形成連續的熔融二氧化硅微結構或納米結構。該工藝所需溫度僅為基于納米顆粒燒結工藝的一半。

Jens Bauer解釋說：“較低的溫度使得能夠以可見光納米光子學所需的分辨率將堅固、透明和自由形式的光學玻璃結構直接打印到半導體芯片上。除了出色的光學質量，通過該工藝生產的石英玻璃還具有優良的機械性能，易于加工。”

研究團隊使用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結構，包括97納米光束的光子晶體、拋物面微透鏡、具有納米結構的微透鏡。“我們的3D打印工藝使結構能夠承受惡劣的化學或熱條件。”Jens Bauer補充說。

由Jens Bauer領導的研究團隊屬于3D Matter Made to Order（3DMM2O）卓越集群——它是卡爾斯魯厄理工學院和海德堡大學（Heidelberg University）的聯合集群，體現了自然科學和工程科學的結合，這是一種高度跨學科的研究方法。Jens Bauer的目標是將3D增材制造工藝提升到一個新的水平。

審核編輯：劉清