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News: Chips stempeln

Kinder haben ihren Spaß, wenn sie mit Gummistempeln Bilder von Tieren, Comicfiguren oder Märchenwesen auf Papier, Hände und Tapeten zaubern. Auch Wissenschaftler sind begeistert von der Flexibilität und einfachen Handhabung der Stempel. Allerdings bedrucken sie keine Wände mit Donald Duck, sondern goldbeschichtete Plastikfilme mit Ätzschablonen von Mikrochips. Nur ein fünftausendstel Millimeter dick sind die Linien, die sich dank der beweglichen Gummistempel sogar auf Glasfasern übertragen lassen. Das Verfahren ist wesentlich billiger als herkömmliche Lithographietechniken und ermöglicht die Produktion von 'Plastikchips', die nicht größer als ihre Verwandten auf Siliciumbasis sind.
Zur Herstellung der Stempel wird flüssiges Gummi auf eine Siliciumvorlage mit den gewünschten Strukturen gegossen. Das Gummi erstarrt und wird dann vom Silicium abgeschält, wodurch ein perfektes Negativ des mikroskopisch kleinen Reliefmusters entsteht.

"Techniken, die mit diesen Gummistempeln und -formen arbeiten, bieten einfache und kostengünstige Alternativen zur herkömmlichen Lithographie", erklärte John Rogers von den Bell Laboratories. Der Chemiker stellte seine Forschungsergebnisse am Freitag, dem 26. März 1999, auf dem hundersten Treffen der American Physical Society vor (Abstract). "Die Techniken ermöglichen vielleicht auch völlig neuartige Anwendungen, denn wir können nunmehr Schaltkreise auf rauhe oder gebogene Oberflächen drucken (wie zum Beispiel Glasfaser) sowie auf Materialien, die mit den üblichen Verfahren der Lithographie nicht kompatibel sind."

Um Plastiktransistoren herzustellen, bestreichen Rogers und seine Kollegen die Gummistempel zunächst mit einer organischen Tinte. Als Struktur kann darauf zum Beispiel der Schaltkreis eines Mikrochips vorgegeben sein. Dann stempeln sie damit einen goldbeschichteten Plastikfilm und ätzten den unbedruckten Bereich des Goldes ab. Zurück bleibt das Muster in hoher Auflösungen, die Spezialtinte verhindert das Wegätzen des Goldes. Anschließend entfernen die Wissenschaftler die Tinte mit ultraviolettem Licht und legen so das darunter befindliche Gold frei. Zum Schluß werden Bauteile aus organischen Halbleitern aufgebracht.

Mit dieser Technik konnte das Team bereits voll funktionsfähige Plastikschaltungen erzeugen, deren Elemente nur 0,2 Mikrometer klein sind. Damit sind sie 500mal kleiner als mit früheren Verfahren hergestellte Plastiktransistoren. Die Größe der Komponenten ist auch mit jenen der modernsten Siliciumchips von heute vergleichbar.

Mit der neuen Methode entwickelte Rogers Team auch Resonatoren für Laser auf Plastikbasis, die sich eventuell in der optischen Kommunikation einsetzen ließen. Bei allen Lasern werden Lichtwellen verstärkt, während sich diese zwischen einem Spiegelpaar hin und her bewegen. Die Wissenschaftler nutzten einen flachen Gummistempel mit einer Anzahl nur 0,3 Mikrometer breiter, erhobener Linien, um die Positionen und Maße von Goldlinien auf Plastik festzulegen. Dann ätzten sie jene Bereiche weg, die nicht geschützt waren, und erzeugten so Resonatorstrukturen, die das gewünschte Muster aufwiesen. "Die Betriebsmerkmale dieser Laser waren nahezu mit denen jener Laser identisch, die mit hochauflösender Photolithographie gefertigt werden", sagte Rogers.

In einem weiteren Experiment stempelte Rogers Mikroleitungen auf Glasfasern, indem er die Faser über einen Gummistempel mit erhabenen Linien rollte. Läßt man einen Strom durch die etwa einhundert Leitungen pro Zentimeter Lichtleiter fließen, lassen sich so die optischen Charakteristika der Faser dynamisch einstellen. Dadurch könnten zukünftige optische Netzwerke mit hohen Übertragungsraten mehr sein als nur rein passive Leitungselemente.

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