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'''Foturan''' (Schreibweise des Herstellers: FOTURAN®) ist ein [[fotosensitives Glas]], das 1984 von der [[Schott AG]] aus [[Mainz]] entwickelt wurde. Es handelt sich dabei um eine technische [[Glaskeramik]], deren [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|Strukturierung]] – im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren – ohne Einsatz von [[Fotolack]] möglich ist. Stattdessen wird das Material mit kurzwelliger Strahlung, wie beispielsweise [[Ultraviolettstrahlung|ultraviolettem Licht]], belichtet und anschließend geätzt.<ref name="Foturan_SCHOTT">{{Internetquelle | url=http://www.schott.com/magazine/german/archiv/brands/ | titel=SCHOTT Marken Übersicht | titelerg= | hrsg=SCHOTT AG | zugriff=2016-02-07 | archiv-datum=2016-02-07 | archiv-url=https://web.archive.org/web/20160207124314/http://www.schott.com/magazine/german/archiv/brands/ | offline=ja | archiv-bot=2025-02-09 04:15:31 InternetArchiveBot }}</ref>

Im Februar 2016 gab Schott den Marktstart von Foturan II im Rahmen der [[SPIE|Photonics West]] bekannt, welches sich durch höhere Homogenität der Fotosensitivität auszeichnet, wodurch feinere Mikrostrukturen möglich werden.<ref>{{Internetquelle | url=http://www.schott.com/german/news/press.html?NID=com4897 | titel=SCHOTT Pressemitteilung 16.02.2016 | titelerg= | hrsg=SCHOTT AG | datum=2016-02-16 | zugriff=2016-02-16 | archiv-datum=2016-02-16 | archiv-url=https://web.archive.org/web/20160216123300/http://www.schott.com/german/news/press.html?NID=com4897 | offline=ja | archiv-bot=2025-02-09 04:15:31 InternetArchiveBot }}</ref>

== Zusammensetzung und Eigenschaften ==
{| class="wikitable float-right" style="text-align:center; font-size:90%"
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''Zusammensetzung '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left"|Bestandteil
| class="hintergrundfarbe5"| SiO2
| class="hintergrundfarbe5"| LiO2
| class="hintergrundfarbe5"| Al2O3
| class="hintergrundfarbe5"| K2O
| class="hintergrundfarbe5"| Na2O
| class="hintergrundfarbe5"| ZnO
| class="hintergrundfarbe5"| B2O3
| class="hintergrundfarbe5"| Sb2O3
| class="hintergrundfarbe5"| Ag2O
| class="hintergrundfarbe5"| CeO2
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left"|Anteil [%]
| 75-85
| 7-11
| 3-6
| 3-6
| 1-2
| 0-2
| 0-1
| 0,2-1
| 0,1-0,3
| 0,01-0,2
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''Mechanische Eigenschaften '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'|[[Härte#Knoop|Knoop-Härte]] in N/mm² (0.1/20)||align="right"| 480
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'|[[Härte#Vickers (HV)|Vickers-Härte]] in N/mm² (0.2/25)||align="right"| 520
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Dichte]] in g/cm³ ||align="right"| 2,37
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''Thermische Eigenschaften '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Ausdehnungskoeffizient]] a20-300 in 10−6·K−1 ||align="right"| 8,49
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Temperaturleitfähigkeit]] bei 90 °C in W/(m K) ||align="right"| 1,28
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Glasübergangstemperatur|Transformationstemperatur]] Tg in °C ||align="right"| 455
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | ''' Elektrische Eigenschaften '''
|-
| style="background:lightblue" colspan="13" | ''' [[Dielektrizitätskonstante]] '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Frequenz [GHz]
| class="hintergrundfarbe5"| 1.1
| class="hintergrundfarbe5"| 1.9
| class="hintergrundfarbe5"| 5
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Glas-Zustand (getempert bei 40 °C/h)
| 6.4
| 6.4
| 6.4
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 560 °C)
| 5.8
| 5.9
| 5.8
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 810 °C)
| 5.4
| 5.5
| 5.4
|-
| style="background:lightblue" colspan="13" | ''' [[Verlustfaktor]] tanδ(·10−4) '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Frequenz [GHz]
| class="hintergrundfarbe5"| 1.1
| class="hintergrundfarbe5"| 1.9
| class="hintergrundfarbe5"| 5
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Glas-Zustand (getempert bei 40 °C/h)
| 84
| 90
| 109
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 560 °C)
| 58
| 65
| 79
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='8'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 810 °C)
| 39
| 44
| 55
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" |'''Chemische Eigenschaften'''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Hydrolysebeständigkeit]] nach DIN ISO 719 in µgNa2O/g (class) ||align="right"| 578 (HGB 4)
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Hydrolytische Klasse|Säureresistenz]] nach DIN 12116 in mg/dm² (class) ||align="right"| 0,48 (S1)
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='10'| [[Hydrolytische Klasse|Laugenresistenz]] nach DIN ISO 695 in mg/dm² (class) ||align="right"| 100 (A2)
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | ''' Optische Eigenschaften '''
|-
| style="background:lightblue" colspan="13" | ''' [[Brechungsindex]] '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| Wellenlänge [nm], λ<nowiki>=</nowiki>
| class="hintergrundfarbe5"| 300
| class="hintergrundfarbe5"| 486.1 (nF)
| class="hintergrundfarbe5"| 546.1 (ne)
| class="hintergrundfarbe5"| 567.6 (nd)
| class="hintergrundfarbe5"| 656.3 (nC)
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| Glas-Zustand (getempert bei 40 °C/h)
| 1.549
| 1.518
| 1.515
| 1.512
| 1.510
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 560 °C)
| n/a
| 1.519
| 1.515
| 1.513
| 1.511
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| Keramik-Zustand (keramisiert bei 810 °C)
| n/a
| 1.532
| 1.528
| 1.526
| 1.523
|-
| style="background:lightblue" colspan="13" | ''' [[Transmission (Physik)|Spektraler Transmissionsgrad]] '''
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| τ(λ)
| class="hintergrundfarbe5"| t250
| class="hintergrundfarbe5"| t270
| class="hintergrundfarbe5"| t280
| class="hintergrundfarbe5"| t295
| class="hintergrundfarbe5"| t350
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" colspan='6'| in [%, 1 mm]
| 0.1
| 3
| 11
| 29
| 89
|-
|}

Bei Foturan handelt es sich um ein Glassystem aus [[Lithium]] und [[Alumosilicate|Aluminosilikaten]], das mit geringen Mengen von [[Silber]]- und [[Cer]]-Oxiden dotiert ist.<ref>{{cite web|title=Foturan Schott Website |url=http://www.schott.com/advanced_optics/german/products/optical-materials/thin-glass/foturan-2/index.html |accessdate=2016-02-12 |language=en}}</ref>

== Verarbeitung ==
Die [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|Strukturierung]] von Foturan besteht aus [[Ultraviolettstrahlung|UV]]-Belichtung, [[Tempern]] und [[Ätzen#Industrielle Anwendung|Ätzen]]. Die [[Ultraviolettstrahlung|UV]]-Belichtung durch eine [[Fotomaske]] regt die Elektronen in den beleuchteten Bereichen an, wodurch das [[kristallin]]e Keimwachstum bei der anschließenden Wärmebehandlung ausgelöst wird. Die [[kristall]]isierten Bereiche reagieren sehr viel schneller mit [[Flusssäure|Fluorwasserstoffsäure]], als das sie umgebende (zuvor nicht bestrahlte) [[glas]]artige Material, wodurch sich sehr feine [[Gefüge (Werkstoffkunde)|Mikrostrukturen]] ergeben, die sich durch eine enge [[Toleranz (Technik)|Toleranz]] und ein hohes [[Aspektverhältnis (Strukturierung)|Aspektverhältnis]] auszeichnen.<ref>{{cite book|last1=Höland|first1=Wolfram|title=Glass Ceramic Technology|date=1999|publisher=Wiley|isbn=0470487879|pages=236|edition=1 |language=en}}</ref>

=== 1) Belichtung mit UV-Licht ===
Wird Foturan [[Ultraviolettstrahlung|UV]]-Licht mit einer [[Wellenlänge]] von etwa 320 nm ausgesetzt (beispielsweise via [[Fotomaske]], [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)#Kontaktbelichtung|Kontaktbelichtung]], [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)#Proximitybelichtung|Proximitybelichtung]], um bestimmte Muster zu belichten), löst dies eine chemische Reaktion in den bestrahlten Bereichen aus: Das enthaltene Ce3+ wandelt sich in Ce4+ um und setzt dabei ein Elektron frei.<ref name="ASS">{{cite journal | last1=Livingston | first1=F.E. | last2=Adams | first2=P.M. | last3=Helvajian | first3=Henry | title= Influence of cerium on the pulsed UV nanosecond laser processing of photostructurable glass ceramic materials | journal=Applied Surface Science | date=2005 | issue=247 | pages=527 |language=en}}</ref>
:<math>\mathrm{Ce^{3+} + hv(312\ \mathrm{nm}) \longrightarrow Ce^{4+} + e^- }</math>

=== 2) Tempern ===
Während des Tempervorgangs (etwa 500 °C) setzt eine [[Keimbildung]] in den zuvor belichteten Bereichen ein, wodurch das Silber-Ion Ag+ das zuvor freigesetzte Elektron des Ce3+ aufnimmt und in Ag0 umwandelt. Dieser Vorgang ist ähnlich wie bei einem [[Fotografie|Foto]], oder einem [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|fotolithografischen]] Silizium-Strukturierungsprozess zur Herstellung von [[integrierter Schaltkreis|integrierten Schaltkreisen]] und [[Mikrosystem (Technik)|Mikrosystemen]].
:<math>\mathrm{Ag^{+} + e^- + \Delta H \longrightarrow Ag^{0} }</math>

Durch die Bildung von Silberkeimen lagern sich weitere Silberatome an und bilden nach und nach Silbercluster in der Größenordnung einiger Nanometer.
:<math>\mathrm{xAg^{0} + \Delta H \longrightarrow (Ag^{0})x }</math>

Während des anschließenden Kristallisationsprozesses (Tempern bei 560–600 °C) bilden sich durch die Silber-Cluster Lithiummetasilicate (Li2SiO3 [[Glaskeramik]]) in den belichteten Bereichen. Es entsteht somit eine [[kristallin]]e Struktur. Die zuvor nicht bestrahlten Stellen behalten ihre [[Amorphes Material|amorphe]] Glasstruktur bei.<ref name="ASS"/>

=== 3) Ätzen ===
Im Anschluss an den Temperprozess können die kristallisierten Bereiche mittels [[Flusssäure|Fluorwasserstoffsäure]] weggeätzt werden, was bei einer kristallinen Struktur 20 mal schneller geschieht, als bei einer amorphen Struktur (den restlichen unbelichteten Bereichen des Foturan). Somit können Strukturen erzeugt werden, die ein [[Aspektverhältnis (Strukturierung)|Aspektverhältnis]] von etwa 10:1 aufweisen.<ref name="ASS"/>

=== 4) Belichtung mit UV-Licht und Keramisieren ===
Nach dem Ätzvorgang ist eine Umwandlung des gesamten Substrates in eine Keramik möglich, indem das Material ein zweites Mal mit UV-Licht bestrahlt und wärmebehandelt wird (bei 800–900 °C). In diesem Zustand ist die kristalline Phase Li2Si2O5.<ref name="ASS"/>

== Produkteigenschaften ==
* '''Kleine Strukturgrößen:''' es sind Strukturen von ca. 25 µm möglich
* '''Hohes Aspektverhältnis:''' ein Ätzverhältnis von > 20:1 ermöglichen ein [[Aspektverhältnis (Strukturierung)|Aspektverhältnis]] von >10:1 und eine Winkelabweichung der Strukturwand von 1–2°
* '''Hohe optische Transmission im sichtbaren und nicht sichtbaren Spektrum:''' [[Transmission (Physik)|Transmission]] über 90 % (bei einer Substratdicke von 1 mm) zwischen 350 und 2700 nm
* '''Hohe Temperaturbeständigkeit:''' [[Glasübergangstemperatur|Tg]] > 450 °C
* '''Keine Porenbildung:''' einsetzbar für biotech/microfluidic Anwendungen
* '''Geringe [[Fluoreszenz|Selbstfluoreszenz]]'''
* '''[[hydrolytische Klasse|hydrolytische Resistenz]]''' (nach DIN ISO 719): HGB 4
* '''[[Säurebeständigkeit]]''' (nach DIN 12116): S 1
* '''Laugenfestigkeit''' (nach DIN ISO 695): A 2

== Wissenschaftliche Veröffentlichungen ==
Im Bereich der [[Materialwissenschaft und Werkstofftechnik| Materialwissenschaft]]
ist Foturan weitläufig bekannt, wie sich auch an über 1000 Ergebnissen in den Wissenschaftsdatenbank [[Google Scholar]] (abgerufen am 30. Oktober 2015) zu unterschiedlichsten Themen ablesen lässt.<ref>{{cite web|title=Foturan on Google Scholar|url=https://scholar.google.com/scholar?hl=en&q=foturan&btnG=&as_sdt=1%2C5&as_sdtp=|website=Google Scholar|accessdate=2015-10-30 |language=en}}</ref>

Häufig behandelte Themen dieser Publikationen sind
* Mikrostrukturierung von Foturan<ref>{{cite journal|last1=Rajta|first1=I.|title=Proton beam micromachining on PMMA, Foturan and CR-39 materials|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms|date=2003-09|volume=210|pages=260–265 |language=en}}</ref>
* 3D-/ direkte Laserstrukturierung in Foturan<ref>{{cite journal|last1=Wang|first1=Zhongke|title=Fabrication of integrated microchip for optical sensing by femtosecond laser direct writing of Foturan glass|journal=Applied Physics A|date=2008-10|volume=93|issue=1|pages=225–229 |language=en}}</ref>
* Einsatz von Foturan für [[Lichtwellenleiter]]<ref>{{cite journal|last1=An|first1=R.|title=[[Waveguide (optics)|Optical waveguide]] writing inside Foturan glass with femtosecond laser pulses|journal=Applied Physics A|date=2007-03|volume=86|issue=3|pages=343–346 |language=en}}</ref>
* Einsatz von Foturan für Volumen Grating<ref>{{cite journal|last1=He|first1=Fei|title=Rapid fabrication of optical volume gratings in Foturan glass by femtosecond laser micromachining|journal=Applied Physics A|date=2009-12|volume=97|issue=4|pages=853–857 |language=en}}</ref>
* Verarbeitung von Foturan mittels [[Excimerlaser|Excimer-]] und [[Ultrakurzpulslaser|Ultrakurzpuls]]-Laser<ref>{{cite journal|last1=Kim|first1=Joohan|title=Fabrication of microstructures in FOTURAN using excimer and femtosecond lasers|journal=SPIE Conference Volume 4977|date=2003-01-25 |language=en}}</ref>

== Anwendungsmöglichkeiten ==
Foturan wird hauptsächlich eingesetzt, um Mikrostrukturanwendungen zu realisieren, bei denen kleine und komplexe Strukturen innerhalb eines festen und robusten Materials erforderlich sind. Es lassen sich fünf Hauptbereiche differenzieren, für die Foturan einsetzbar ist:

* [[Mikrofluidik]]/[[Biotechnologie]] (z. B. Komponenten für [[Lab-on-a-Chip|Lab-]] oder [[Organ-on-a-Chip]], Mikromixer, [[Mikroreaktionstechnik]], Druckerköpfe, [[Mikrotiterplatte]], Chip-Elektrophorese)
* [[Halbleiter]] (z. B. FED spacer, IC-packaging oder interposer-Komponenten, [[Complementary metal-oxide-semiconductor|CMOS]], [[Speichermodul]]e)
* [[Halbleiterdetektor|Sensoren]] (z. B. [[Durchflusssensor|Durchfluss-]] und [[Temperatursensor]]en, [[Kreiselinstrument|Gyroskope]], [[Beschleunigungssensor]]en)
* [[Hochfrequenz|HF]]/[[Mikrosystem (Technik)|MEMS]] (z. B. Substrate oder Verpackungselemente für Antennen, Kondensatoren, Filter, Duplexer, Switches, Oszillatoren)
* [[Telekommunikation]]stechnik (z. B. optical alignment chips, Lichtwellenleiter, optische Verbindungen)

Mittels thermischem Diffusionsbonding ist es zudem möglich, mehrere strukturierte Foturan-Glasschichten miteinander zu verbinden, um komplexe dreidimensionale Mikroreaktoren herzustellen.

== Weblinks ==
* [http://www.innovations-report.de/html/berichte/biowissenschaften_chemie/bericht-224.html Mikromischer aus Foturan]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Glasart nach Markenname]]
[[Kategorie:Mikrotechnik]]

Foturan - Versionsgeschichte

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