Sterne aus Silber-Strukturen und Nanotechnologie am ISAT

Mit Hilfe der so genannten Shadow Mask Lithographie können winzige Muster auf Oberflächen erzeugt werden. Im Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg ist es nun erstmals gelungen, mit dieser Technik plasmonische Nanostrukturen herzustellen – und das hat großes Potenzial für die Entwicklung hochempfindlicher Sensoren.

Nano kommt aus dem Griechischen, bedeutet Zwerg und Nanotechnologie ist die Wissenschaft und Technik der winzigen Nanopartikel. Dabei gibt es so genannte plasmonische Nanopartikel, die über besondere optische Eigenschaften verfügen: Plasmonische Strukturen interagieren auf definierte Weise mit Licht und können für Sensoranwendungen sowie für optoelektronische Interaktionen maßgeschneidert werden. Sie können Licht auf unglaublich kleinem Raum bündeln, was für die Entwicklung hochempfindlicher Sensoren entscheidend ist. Diese Sensoren haben das Potenzial, die Sensorik in Bereichen wie Medizin, Umweltüberwachung, Arbeitsschutz und Sicherheit permanent zu verbessern. Auch einige hochempfindliche Sensoren für die Gasdiagnostik beruhen auf diesen Wechselwirkungen – insgesamt ein spannendes Feld für das Institut für Institut für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg. Das Team freut sich sehr, dass die Forschung zu plasmonischen Strukturen einen bedeutenden Schritt vorangekommen ist: Erstmals ist es gelungen, plasmonische Nanostrukturen durch Shadow Mask Lithographie herzustellen.

Von der chinesischen Partner-Uni ans Coburger ISAT

Dieser Erfolg ist Ergebnis des Praxissemesters von Yuzhong Shi. Der Student aus China hat ein Jahr an der Hochschule Coburg im Bachelor-Studiengang Zukunftstechnologien absolviert und war dabei  in den vergangenen Monaten fürs Praxissemester am ISAT. „Das hat meinen Horizont sehr erweitert“, erzählt er. Vieles unterscheide sich hier doch stark von China: Es gibt nicht zu jeder Mahlzeit Reis, Kultur und Unterhaltung in Franken sind anders – und an der Hochschule Coburg gibt es viele Möglichkeiten, praktisch zu arbeiten. Shi lächelt: „Möglichkeiten, ins Labor zu gehen und einfach Nanoforschung zu betreiben.“ In seinem Praxissemester hat er plasmonische Nanostrukturen mittels Shadow Mask Lithographie mit Polystyrol-Mikrokügelchen als Maske für die Sputterabscheidung hergestellt. Die Arbeit wurde am ISAT unter der Leitung von Klaus Lutter, Sandra Ebert und Prof. Dr. Thorsten Uphues durchgeführt. „An der Hochschule unterstützen wir junge, motivierte Forschende gerne, sich auch mit solchen komplizierten Themen zu beschäftigen”, sagt Uphues.

Ein sternförmiges Muster aus dreieckigen Silber-Strukturen

Die Shadow Mask Lithographie ist eine Technik, mit der winzige Muster auf einer Oberfläche erzeugt werden können. Dabei wird eine Maske mit bestimmten Öffnungen zwischen dem Substrat und einer Sputterquelle platziert. Das Sputtermaterial wird durch die Öffnungen hindurch aufgebracht und erzeugt so das gewünschte Muster auf der Oberfläche. Danach wird die Maske entfernt und die Strukturen verbleiben auf der Oberfläche. Diese Methode bietet eine einfache, aber dennoch präzise Möglichkeit zur Herstellung von Nanostrukturen. In dieser speziellen Arbeit wurde ein sternförmiges Muster aus dreieckigen Silber-Strukturen erzeugt.

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Stars made of silver structures and nanotechnology at ISAT

Shadow mask lithography can be used to create tiny patterns on surfaces. The Institute of Sensor and Actuator Technology (ISAT) at Coburg University of Applied Sciences announces the first successful fabrication of plasmonic nanostructure by shadow mask lithography - and this has big potential for the development of highly sensitive sensors.

Nano comes from the Greek, meaning dwarf, and nanotechnology is the science and technology of tiny nanoparticles. There are so-called plasmonic nanoparticles, which have special optical properties: Plasmonic structures interact with light in unique ways and can be tailored to sensing applications as well as optoelectronic interaction. They can concentrate light into incredibly small spaces, which is crucial for developing highly sensitive sensors. These sensors have the potential to revolutionize sensing in fields like medicine, environmental monitoring, work safety. Some highly sensitive sensors for gas sensing are based on these interactions. Plasmonic Nanostructure is an exciting field for the Institute of Sensor and Actuator Technology (ISAT) at Coburg University of Applied Sciences. The team is delighted that research into plasmonic structures has taken a significant step forward: for the first time, plasmonic nanostructures have been fabricated successfully using shadow mask lithography.

This success is the result of Yuzhong Shi's internship semester at ISAT. The student from China has been to Coburg university as an internship student in the Emerging Technologies bachelor program for one year. “It has really opened my horizon”, he says. Many things here are very different from China: there is not rice for every meal, culture and entertainment in Franconia are very different - and there are many opportunities for practical work at Coburg University of Applied Sciences. Shi smiles: “So much chances to go into lab and simply do nano research.” In his internship semester, he successfully fabricated plasmonic nanostructures using shadow mask lithography with polystyrene microbeads as a self-assembled mask for sputter deposition.The work was conducted at the Institute of Sensor and Actuator Technology (ISAT) under supervision of Klaus Lutter, Sandra Ebert and Prof. Dr. Thorsten Uphues.“At the university, we are happy to support young, motivated researchers to work on such complicated topics,” says Uphues.

Shadow mask lithography is a technique used to create tiny patterns on a surface. In this case, a mask with specific openings is placed between the target material and a sputtering source. The sputter material is deposited through the openings, creating the desired pattern on the surface and the mask is removed afterwards. This method offers a precise way to fabricate nanostructures. In this particular work a star like pattern of triangular shaped silver structures was achieved.