Slovenskí vedci pracujú na 3D tlači, ktorá prebieha po atomárnych vrstvách

Monika Tináková

Projekt je realizovaný vďaka schéme Horizont 2020.

Karol Fröhlich, Foto: Katarína Gáliková

Vedci z Elektrotechnického ústavu Slovenskej akadémie vied (SAV) začali v roku 2020 riešiť projekt Horizont 2020 v rámci výzvy Rýchla cesta k inováciám (Fast track to innovations).

Schéma Horizont 2020 ponúka slovenským výskumníkom možnosť pracovať na špičkových európskych projektoch.

V centre pozornosti slovenských vedcov je ploter, ktorý umožňuje prípravu trojrozmerných elektronických štruktúr s využitím technológie nanášania po atomárnych vrstvách.

Inak povedané, ide o 3D tlač, ktorá prebieha po atomárnych vrstvách.

Viac nám už ale prezradil Karol Fröhlich z Elektrotechnického ústavu SAV.

Keďže vaša oblasť výskumu sa môže zdať pre širokú verejnosť komplikovaná, skúste nám čo najjednoduchšie vysvetliť, čomu sa v tomto výskume venujete.

Projekt spočíva vo využití metódy nanášania po atomárnych vrstvách pre konštrukcie plotera, ktorý slúži na prípravu 3-rozmerných štruktúr.

3D ploter na báze nanášania po atomárnych vrstvách vyvíja novozaložená firma Atlant Holding Ivs v Dánsku na základe prihlášky európskeho patentu. Spolumajiteľmi patentu sú okrem firmy Atlant Holding Ivs ešte Univerzita Friedrich-Alexander v Erlangene a Elektrotechnický ústav SAV.

Dôležitou postavou pri objave vedúcom k prihláške patentu na 3D ploter bol doktorand Elektrotechnického ústavu inžinier Ivan Kundrata. Ten sa stal neskoršie aj spoluzakladateľom firmy Atlant Holding Ivs.

V projekte sú okrem týchto pracovísk ako partneri firma Sempa Systems z Nemecka a Femtika z Litvy. Projekt sme začali riešiť od 1. 5. 2020.

Ako funguje technológia nanášania po atomárnych vrstvách? 

Nanášanie po atomárnych vrstvách je chemická metóda prípravy tenkých vrstiev, ktorá spočíva v sekvenčnom nanášaní východiskových chemických látok a reakčných zložiek tak, že je umožnený rast po 1-atomárnych vrstvách, teda po vrstvách s hrúbkou 1 atómu.

Ako východiskové chemické látky sa pri nanášaní po atomárnych vrstvách používajú organokovové zlúčeniny, ktoré sa vo forme pár transportujú na miesto rastu. Ako reakčné zložky sa používajú napríklad vodná para, ozón alebo plazma.

Základom takéhoto 3D plotera je vstrekovacia dýza, ktorá sa pohybuje tesne nad podložkou tak, že na určených miestach podložky rastie 1-atomárna vrstva. Zatiaľ je možný rast tenkých vrstiev platiny, oxidov hliníka, titánu a zinku. Pomocou tohto zariadenia je teda umožnené rásť 3-rozmerným štruktúram pre elektroniku s rozlíšením 1-atomárnej hrúbky vrstiev.

Ako sa dá táto technológia využiť priamo v praxi? Aký z nej môžeme mať úžitok?

V rámci projektu budú s využitím 3D plotera pripravené tenkovrstvové senzory teploty, vzdialenosti a tlaku. Takéto senzory sa môžu pripraviť tiež kombináciou mikroelektronických postupov (príprava tenkých vrstiev vákuovými metódami, litografiou a tvarovaním). V projekte porovnáme vlastnosti senzorov pripravených s využitím 3D plotera a klasických mikroelektronických postupov. Výhodou využitia 3D plotera je príprava senzorov v jednom kroku bez použitia klasických mikroelektronických postupov. Zatiaľ čo pri ich využití trvá príprava niekoľko dní a je potrebné mať k dispozícii drahé zariadenia zabezpečujúce rast vrstiev, litografiu a tvarovanie, príprava súčiastok pomocou 3D plotera trvá podstatne kratšie, povedzme, niekoľko hodín a nie sú potrebné žiadne ďalšie zariadenia.

Je skvelé, že vaše pracovisko je súčasťou tejto významnej medzinárodnej spolupráce. Ako konkrétne do tohto projektu prispievate?

Úlohou Elektrotechnického ústavu SAV v projekte je príprava senzorov teploty, vzdialenosti a tlaku mikroelektronickými postupmi. Chceme porovnať vlastnosti senzorov pripravených s využitím zariadenia vyvíjaného 3D plotera a senzorov pripravených mikroelektronickými postupmi.

Doteraz sme vyhodnotili senzory teploty na báze tenkých vrstiev platiny. Ukazuje sa, že senzory pripravené 3D ploterom vyvíjaným v rámci projektu majú lepšie vlastnosti ako senzory pripravené klasickými mikroelektronickými postupmi. Navyše senzory teploty pripravené 3D ploterom majú charakteristiky porovnateľné s medzinárodným štandardom.

O 3D ploter už prejavili záujem viaceré firmy. Čaká tento projekt veľká budúcnosť? 

Ja verím, že áno, ale aby mohol byť 3D ploter komerčne využívaný, je potrebné ešte veľa invencie a práce. Je potrebné rozšíriť možnosti prípravy aj na iné materiály. K tomu je potrebné rozpracovať chemické procesy, ktoré je možné využiť na prípravu ďalších materiálov. Ukazuje sa tiež potreba zúžiť rozmer čiary robenej za pomoci 3D plotera na niekoľko mikrometrov, v optimálnom prípade pod 1 mikrometer. Na ďalšie využitie 3D plotera na báze nanášania po atomárnych vrstvách je teda potrebný ešte ďalší výskum a vývoj. Na konci vývoja 3D plotera však môže byť zariadením, ktoré bude efektívne vyrábať rôzne elektronické súčiastky.

Tento projekt patrí medzi tie inovačné, ktoré by mali posúvať našu krajinu vpred a zvyšovať našu konkurencieschopnosť. Robíme podľa vás na Slovensku dostatok, aby sme boli inovatívnou krajinou?

Pri inováciách je, samozrejme, potrebný originálny nápad a podpora najmä v počiatočných fázach realizácie. Naša skúsenosť s 3D ploterom ukazuje, že originálny nápad sa zrodil čiastočne aj na Slovensku, avšak firma na realizáciu patentu bola založená v Dánsku. Ako krajina máme teda ešte určite na čom popracovať.

Operačný program MSSR

Investícia do Vašej budúcnosti
Tento projekt je podporený z Európskeho fondu regionálneho rozvoja

Táto webová stránka vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Podpora národného systému pre popularizáciu výskumu a vývoja
(kód ITMS: 313011T136), spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.