Les ingénieurs de l'UC Irvine inventent un moyen d'imprimer en 3D l'optique

L'innovation permet la fabrication sur puce pour les technologies de la médecine, des communications et d'autres applications

Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l'Université de Californie, Irvine, a développé une nouvelle méthode à basse température pour l'impression 3D de verre de qualité optique, ouvrant la porte à des systèmes microélectroniques dotés de capacités nanophotoniques à haute résolution et à lumière visible.

L'innovation fait l'objet d'un article publié récemment dans Science.

Une nouvelle génération de technologies à utiliser dans la médecine, la navigation, les communications, la télédétection et d'autres applications pourrait être rendue possible par la combinaison de l'optique de haute précision et de la microélectronique. Mais les méthodes traditionnelles d'impression du verre optique nécessitent un frittage à haute température qui endommagerait les matériaux qui composent ces mêmes plates-formes.

"Ce travail ouvre la voie à la fabrication sur puce", a déclaré l'auteur principal Jens Bauer, qui a commencé ce projet en tant que chercheur scientifique de l'UCI en science et ingénierie des matériaux, et qui dirige maintenant le laboratoire de nanoarchitecture des métamatériaux à l'Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne. "Pour pratiquement toutes les puces pouvant supporter 650 degrés Celsius, il sera possible d'imprimer des microstructures et des nanostructures de verre transparent de haute qualité directement sur la puce." a expliqué Cameron Crook, chercheur UCI en science et ingénierie des matériaux et co-auteur de l'étude.

Le travail de l'équipe à l'UCI et au KIT impliquait l'utilisation d'un processus d'impression 3D appelé polymérisation à deux photons, ou écriture laser directe. La méthode permet la création de structures nanométriques complexes, mais impliquait auparavant principalement des formations en plastique à l'aide de résines polymères imprimables. L'impression 3D avec des matériaux optiques tels que le verre de silice a nécessité le frittage de nanoparticules à des températures supérieures à 1 100 degrés Celsius, suffisamment chaudes pour lier des matériaux sans se liquéfier, mais trop chaudes pour être déposées sur des puces semi-conductrices.

La solution des chercheurs consistait à utiliser comme ingrédients une résine liquide construite autour de «silsesquioxane oligomère polyédrique», ou POSS, des molécules contenant de minuscules amas de verre composés d'une poignée d'atomes seulement. Ils ont combiné le POSS avec d'autres molécules organiques pour permettre une impression 3D sans effort. La nanostructure polymère pré-verre réticulée résultante a été chauffée dans l'air à une température de 650 degrés Celsius, éliminant les composants organiques pour former une nanostructure de verre continue.

"Les pièces en verre obtenues avec la résolution la plus élevée jamais atteinte, jusqu'à 97 nanomètres, étaient chimiquement parfaitement pures et de qualité optique", a déclaré Bauer.

Il a ajouté que cette technique peut être ajustée pour inclure des matériaux au-delà du verre de silice, dévoilant des pouvoirs entièrement nouveaux dans les circuits intégrés. Les chercheurs ont déposé une demande de brevet international pour cette innovation.

L'équipe de recherche comprenait Tommaso Baldacchini d'Edwards Lifesciences Inc., basée à Irvine. Le financement a été fourni par la Fondation allemande pour la recherche et le soutien à l'imagerie a été fourni par l'UC Irvine Materials Research Institute.