Mikro- und Nanostrukturierung / Erzeugung komplexer 3D-Strukturen mittels Nanoimprint-Kombinationstechniken
Christian Steinberg
Die Erzeugung von komplexen 3D-Strukturen bietet eine Vielzahl von industriellen Anwendungen, wie zum Beispiel die Optimierung der Lichteinkopplung bei Solarzellen. 3D-Strukturen können mit einer Replikationstechnik wie dem Nanoimprint großflächig und kostengünstig realisiert werden.
In der hier vorgelegten Dissertation werden die komplexen 3D-Strukturen in einem fotoempfindlichen Polymer erzeugt, und zwar durch Einsatz einer kurzwelligen Excimer-Bestrahlung (172 nm) in Kombination mit unterschiedlichen Nanoimprint-Techniken. Die Wirkung dieser hochenergetischen Strahlung auf den Negativ-Fotolack SU-8 wird sowohl messtechnisch als auch durch Präparation von Mikrokanälen charakterisiert und liefert fundamentale Rückschlüsse auf das Absorptionsverhalten bei dieser Bestrahlungswellenlänge.
Die beim Nachbacken entstehende oberflächennahe Vernetzung der Polymerschicht resultiert in einer selbstformierenden Faltenbildung. Die Falten werden innerhalb eines Parameterraums von Schichtdicken, Bestrahlungszeiten und Temperatur erzeugt und ihre Parameter mit den aus der Literatur bekannten Theorien verglichen.
Des Weiteren wird der Einfluss einer vertikalen und lateralen Strukturierung auf die Faltenbildung untersucht. Insbesondere die vertikale Strukturierung führt zu einer Anisotropie der Falten, die durch ein mathematisches Modell beschrieben wird.
Zudem werden mit dieser Technik einzigartige komplexe 3D-Strukturen durch Kombination der Einzelstrukturen in einem Mehrfach-Prägeprozess erzeugt. Im Hinblick auf eine Anwendung werden scharfkantige Fresnelstrukturen mit Subwellenlängenstrukturen kombiniert um die Reflexionsverluste von Kunststofflinsen zu reduzieren.
