Foturan

Foturan ist ein fotosensitives Glas, das von dem Unternehmen Schott hergestellt wird. Es handelt sich dabei um ein technisches Glas, das sich bedingt durch seine Fotoempfindlichkeit hervorragend strukturieren lässt. Äquivalente fotosensitive Gläser gibt oder gab es noch von den Unternehmen Corning (Fotoform) und von Hoya (PEG-3).

Zusammensetzung und Eigenschaften

Eigenschaften von Foturan

	Glas	Keramik (braun)
mechanische Eigenschaften
Elastizitätsmodul in (10³ · N/mm²)	78	88
Poissonzahl	0,22	0,19
Knoop-Härte in N/mm²	4600	5200
Bruchmodul (mit 4-Punkt-Verfahren) in N/mm²	60	150
Dichte in g/cm³	2,37	2,41
thermische Eigenschaften
Ausdehnung a20-300 in 10-6·K-1	8,6	10,5
Temperaturleitfähigkeit bei 20 °C in W/mK	1,35	2,73
Spez. Wärme bei 25 °C cal/(g·°C)	0,21	0,22
Transformationstemperatur in °C	465	-
Max. Einsatztemperatur in °C	450	750
elektrische Eigenschaften
Spezifischer Widerstand bei 25 °C in Ω·cm	8,1·1012	5,6·1016
Spezifischer Widerstand bei 200 °C in Ω·cm	1,3·107	4,3·107
Dielektrizitätskonstante 1 MHz bei 20 °C	6,5	5,7
Verlustwinkel tan δ 1 MHz bei 20 °C	65·10-4	25·10-4
chemische Eigenschaften
Hydrolysebeständigkeit nach DIN 12111 in µgNa2O/g	468	1300
Säureresistenz nach DIN 12116 in mg/dm²	0,4	0,9
Laugenresistenz nach DIN 52322 in mg/dm²	96	250
optische Eigenschaften
Brechzahl für λ=546,1 nm bei 25 °C	1,515

Zusammensetzung von Foturan

Material	SiO2	LiO2	K2O	Al2O3	Na2O	ZnO	Sb2O3	Ag2O	CeO2
Anteil	75-85 %	7-11 %	3-6 %	3-6 %	1-2 %	0-2 %	0,30 %	0,10 %	0,02 %

Belichtung

Wenn Licht mit einer Wellenlänge 312 nm durch eine Fotomaske auf das Glas trifft, wird in diesen belichteten Bereichen eine chemische Reaktion gestartet (enthaltenes Ce³⁺ geht in die energetisch günstigere Form des Ce⁴⁺-Zustands über und gibt ein Elektron ab. Das Silber-Ion Ag⁺ nimmt das Elektron auf und ein Ag-Keim entsteht. Ähnlich wie bei einem Foto, oder einem fotolithographischen Silizium-Strukturierungsprozess zur Chipherstellung.

$Ce^{3+} + hv(312\ \mathrm{nm}) \longrightarrow Ce^{4+} + e^-$ (Sensibilisator)

$Ag^{+} + e^- \longrightarrow Ag$ (Kristallisationskeimbildung)

Das im Foturan vorkommende Antimon fungiert dabei als Stabilisator der Ce³⁺-Ionen, damit selbige nicht schon vor der Belichtung in den Ce⁴⁺-Zustand übergehen.

$2\,Ce^{4+} + Sb^{3+} \Leftrightarrow 2\,Ce^{3+} + Sb^{5+}$

Stabilisierung

Bei einem anschließenden „Temperprozess“ bilden sich an diesen belichteten Bereichen nun Lithiummetasilicate (Glaskeramik). Das sonst amorphe Glas nimmt also in diesen Bereichen eine kristalline Struktur an. Diese Keramik lässt sich mittels Flusssäure in etwa zwanzigmal schneller ätzen als der „Rest“ des Glases. Somit ist es möglich, Strukturen mit einem Aspektverhältnis von ca. 10:1 zu erzeugen.

Verwendung

strukturierter Foturan-Wafer

FOTURAN findet hauptsächlich in der Mikrotechnik und in der Mikroreaktionstechnik Anwendung. Es eignet sich zum Beispiel für die Herstellung von Bauteilen für: Mikrotechnik, electronic packaging, mikrofluidische Komponenten, FED Spacer, Biotechnologie (Titerplatten) usw.

Durch ein thermisches Diffusionsfügeverfahren ist es zudem möglich, mehrere strukturierte Foturan-Glasschichten miteinander zu verbonden, um somit komplexe dreidimensionale Mikroreaktoren herzustellen.

Weblinks

• Mikromischer aus Foturan

Quellen

• T.R. Dietrich, W. Ehrfeld, M. Lacher, B. Speit: Mikrostrukturprodukte aus fotostrukturierbarem Glas. In F&M 7-8 (1996) 520-524
• T.R. Dietrich, A. Freitag, R. Scholz: Herstellung und Eigenschaften von Mikroreaktoren aus Glas. In Chemie Ingenieur Technik, Volume 76, Issue 5 , S. 575 - 580 (2004) [1]
• W. Ehrfeld (Hrsg.): Handbuch Mikrotechnik. Carl Hanser Verlag, München Wien 2002, ISBN 3-446-21506-9