لیزرها یکی از پرکاربردترین ابزارهای مبتنی بر فناوری فوتونیک هستند. تجهیزات مبتنی بر فناوری لیزر، برای ساخت سازه‌های سبک‌وزن قوی، مانند پره‌های توربین بادی یا تأمین امنیت خودروها در تصادف به کار می‌روند. همچنین تولید باتری‌ها، سلول‌های سوختی و خورشیدی نیاز به فناوری لیزر دارند و امروزه هر تراشه نیمه‌هادی با استفاده از لیتوگرافی نوری که نوعی خاص از فناوری لیزر به شمار می‌رود، تولید می‌شود.

لیتوگرافی لیزری که با نام استریو لیتوگرافی نیز شناخته می‌شود، یکی از اولین و پرکاربردترین روش‌های مبتنی بر فناوری فوتونیک است. این فرآیند ترکیبی از گرافیک کامپیوتری، فناوری لیزر و فتوشیمی است. بخش‌هایی که بیشتر از کیفیت محصول، نوآوری و هزینه کمتر لیزر سود می‌برند شامل تبدیل انرژی، الکترونیک، مواد هیبریدی، ساخت‌وساز سبک، پوشاک سازی انبوه و تولید سریع، فناوری چاپ و علامت‌گذاری محصول می‌شوند.

از زمان توسعه اولیه این فناوری، مشخص شد که لیتوگرافی لیزری می‌تواند در بسیاری از جنبه‌های فرآیند تولید به کار رود. دامنه کاربرد قطعات نمونه اولیه تولید شده توسط این فناوری به‌سرعت فراتر از کاربرد اولیه آن از ساخت مدل مفهومی سه‌بعدی سریع برای تجسم و تأیید طراحی رشد کرده است.

با وجود مزیت بزرگ این فناوری، فرآیند لیتوگرافی لیزری هنوز به‌خوبی درک و کنترل نشده است و انقباض، اعوجاج و خواص مکانیکی نسبتاً ضعیف بر دقت و کیفیت قطعه لیتوگراف لیزر تأثیر می‌گذارد، همچنین مشکلات اصلی ازجمله مواد اولیه و محدودیت‌های فناورانه، مانع از توسعه و کاربرد گسترده‌تر این فناوری شده است.

نانوفناوری و لیتوگرافی لیزری

لیتوگرافی تداخل لیزری می‌تواند الگوهای سطحی در مقیاس نانو با وضوح بسیار بالا را با هزینه کم ایجاد کند و اکنون پیشرفت‌های مهمی در این حوزه رخ داده است. محققان فناوری نوظهور ساخت در مقیاس نانو را از آزمایشگاه خارج و وارد دنیای واقعی کرده‌اند، این تکنیک نوید تولید ارزان‌تر نانو دستگاه‌ها با وضوح بالاتر را می‌دهد.

این امر به معنای روش‌های تولید بهتر و ارزان‌تر برای مواردی مانند مواد خود تمیز شونده، حسگرها و گریتینگ‌های نانو، فیلترهای نانو برای هوای پاک و آب و سطوح ضد انعکاس ویژه برای فناوری خورشیدی خواهد بود.

تکنیک الگوبرداری سطحی در مقیاس تجاری

لیتوگرافی تداخلی یک تکنیک الگوبرداری سطحی است که علاقه‌مندان زیادی را در آزمایشگاه‌های سراسر جهان به خود جذب کرده است و با خروج آن از آزمایشگاه ثابت شد که این تکنیک می‌تواند در مقیاس تجاری نیز کار کند و درعین‌حال به پیشرفت‌هایی در سطح جهانی دست یابد. این فناوری به ایجاد موج بعدی فناوری نانو در دو تا سه سال آینده کمک خواهد کرد.

لیتوگرافی تداخل لیزری با تقسیم یک پرتو منسجم از نور، مانند یک پرتو لیزر و سپس ترکیب مجدد نور بسیار دقیق، الگوهای سطحی را ایجاد می‌کند، به‌طوری‌که پرتوهای تقسیم شده از هم عبور و الگوهای تداخل ایجاد می‌شود. این الگوها یک الگوی سطحی روی مواد ایجاد می‌کنند که می‌توان آن را به روش معمولی پردازش کرد.

این فناوری امکان تولید سریع ویژگی‌های متراکم را در یک منطقه وسیع بدون از دست دادن فوکوس فراهم می‌کند. همچنین ساخت این خطوط تولید هزینه کمتری دارد، چون به فناوری نوری پیچیده یا ماسک نوری نیاز ندارند.

پروژه‌ای برای تولید کم‌هزینه و حجم زیاد ساختارها و الگوهای سطحی نانو

در سالیان اخیر تمرکز پژوهشگران بر توسعه یک فناوری جدید برای ساخت ساختارها و دستگاه‌های نانو دوبعدی و سه‌بعدی، لیتوگرافی تداخل لیزری بوده است. در روش‌های‌ به دست آمده علاوه بر ارزانی، می‌توان ساختارهای نانو دوبعدی و سه‌بعدی را چاپ کند. نوشتن مستقیم جایی است که تداخل پرتو لیزر، بدون استفاده از ماسک عکس و الگوها را مستقیماً روی قالب حک می‌کند. این مورد بسیار ارزان‌تر از فرآیندهای استاندارد برای دستیابی به ویژگی‌های مورد نیاز است.

لزوم تحقیق و توسعه فناوری لیتوگرافی لیزری در ایران

پژوهشگران با استفاده از این فناوری به ساختارهای تنها 5 نانومتری نیز دست یافته‌اند، اگرچه این نتیجه هنوز از نظر تجاری آماده نیست. فناوری لیتوگرافی لیزری در دنیا در حال توسعه است و پژوهشگران ایرانی نیز باید بیش‌از‌پیش به این فناوری مهم توجه داشته باشند و روی آن تحقیق و توسعه انجام دهند.

لیتوگرافی تداخلی لیزری می‌تواند برای ایجاد الگوهای سطحی نانومقیاس با هزینه‌ی بسیار کم مورد استفاده قرار گیرد و نیاز است این فناوری در ایران نیز مورد توجه قرار گیرد. در همین راستا، ستاد توسعه فناوری‌های فوتونیک، لیزر، مواد پیشرفته و ساخت از پژوهشگران این حوزه حمایت‌های لازم را انجام می‌دهد.

با توجه به اهمیت فعالیت در حوزه لیزر و اهتمام معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، ستاد توسعه فناوری‌های لیزر، فوتونیک، لیزر و مواد پیشرفته و ساخت، ساماندهی، کمک به ارتقای وضعیت تولید، تجاری‌سازی، توسعه فناوری و زیرساخت‌های مرتبط را در دستور کار قرار داده است.

مرکز ارتباطات و اطلاع رسانی معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری

#