多光子超衍射纳米加工机理与技术研究
发布时间：2020-04-08 13:45
【摘要】：近年来,激光器的逐渐成熟和纳米科技的飞速发展,带动着微纳米器件加工技术不断向高精度、高分辨率和高效率等方向发展。目前主要的微纳米加工技术有光学曝光技术、电子束曝光技术、聚焦离子束加工技术、纳米压印技术和飞秒激光多光子加工技术。飞秒激光多光子微纳加工技术是一种新型微纳加工技术,具有低成本、高分辨率、高精度以及能够加工任意复杂三维结构的特点,在制作光学器件、微电子学器件、微机电系统、光子晶体和超颖材料等功能性微纳结构和器件中具有广泛的应用。但是,目前报道的多光子微纳加工技术,多采用对紫外光敏感的商业光刻胶。由于这类光刻胶中光引发剂通常具有小的多光子吸收截面,而表现出低的引发活性,通常需要增加激发能量或者曝光时间才能引发光刻胶发生光聚合,不仅不利于多光子加工分辨率的提高,还容易超过材料的破坏阈值,导致微纳结构缺陷的产生。因此,研究多光子加工技术中能量阈值的影响因素,通过降低多光子加工的激光功率密度,提高分辨率,对多光子加工技术的应用具有重要的意义。本文在对多光子吸收机理进行深入理解的基础上,研究多光子吸收系数、吸收截面对加工阈值的影响。具有大的多光子吸收截面的材料将有助于降低多光子微纳加工的阈值。在保持多光子加工的高分辨率、高精度和真三维的特点的同时,较低的多光子微纳加工的能量阈值意味着所需的加工激光功率降低,从而可以减小飞秒激光的作用区域,提高多光子加工的分辨率。研究内容主要包括如下几个方面:1)从理论上阐明了非简并双光子吸收系数及吸收截面的影响因素。用泵浦探测方法研究了无机ZnS的非简并双光子吸收、简并三光子吸收及多光子吸收诱导的载流子吸收等非线性动力学过程。此外,测量了两种有机分子单边和双边咔唑盐的非简并双光子吸收截面,光子的能量和有机分子的结构会影响其非简并双光子吸收系数。2)进行了不同加工波长情况下的简并双光子聚合加工实验,发现随着加工光子能量的增大,简并双光子吸收截面增大,聚合阈值变小。然后我们进行了双光束加工实验。当400 nm的激光和800 nm的激光功率均小于其单独作用的阈值时,将两束光合并在一起可以加工出聚合物线条。3)通过干涉辅助双光子加工技术在硅基底上加工获得了形貌可调控的多层亚微米结构。对焦点处光强分布进行了模拟,研究了其形貌调制机制,获得了线宽随激光功率和焦点深度的变化规律。实验结果与理论很好的吻合。此外,还利用这种多层结构制作了结构光栅,获得了其反射光谱。
【图文】：
电子束曝光的分辨率主要取决于电子的相差、束斑尺寸和光刻胶衬底逡逑的散射效应。电子束曝光具有非常高的分辨率，２００４年Ｇａｒｙ邋Ｈ．邋Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ等人在逡逑光刻胶ＰＭＭＡ上实现４ｎｍ，６ｎｍ和７ｎｍ的均匀线条［５］，如图１．２所示。２０１３逡逑年Ｖ．Ｒ．Ｍａｎｆｒｉｎａｔｏ等人用电子束加工ＨＳＱ光刻胶获得５邋ｎｍ孔阵列，４邋ｎｍ均匀线逡逑条和２邋ｎｍ特征尺寸Ｗ。逡逑（ａ）逦ＢＫＩｈ！逡逑（ｂ）逡逑图１．２电子束加工ＰＭＭＡ光刻胶获得４邋ｎｍ，邋６邋ｎｍ和７邋ｎｍ的线条Ｗ。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｂｅａｍ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ＰＭ１ＶＬＡ．邋ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ邋ａｃｈｉｅｖｅｓ邋４邋ｎｍ，邋６邋ｎｍ邋ａｎｄ邋７邋ｎｍ邋ｌｉｎｅｓ．逡逑１．２．邋３罔子束加工技术逡逑聚焦离子束加工技术是指离子束在静电透镜的作用下聚焦到亚微米或者纳逡逑米量级，通过偏转系统控制入射到基底上，高能离子与基底表面原子相互碰撞，，逡逑从而将原子o浒耄苯釉诘装迳霞庸こ鐾夹危骄劢估胱邮毓饧际醪恍枰阱义夏ぃ灾毙吹姆绞浇屑庸ぁＳ捎诶胱拥牡虏悸抟獠ǔず芏蹋虼思庸し直媛屎苠义细撸梢砸阅擅拙仁迪指丛油夹蔚亩ǖ憧缮杓萍庸ぁ＃玻埃保改辏粒睿洌颍澹徨澹茫幔簦簦铮睿殄义系热耍陀镁劢购だ胱邮庸ぢ粱故醇粱竦米罡叻直媛饰靛澹睿
本文编号：2619418
【图文】：
电子束曝光的分辨率主要取决于电子的相差、束斑尺寸和光刻胶衬底逡逑的散射效应。电子束曝光具有非常高的分辨率，２００４年Ｇａｒｙ邋Ｈ．邋Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ等人在逡逑光刻胶ＰＭＭＡ上实现４ｎｍ，６ｎｍ和７ｎｍ的均匀线条［５］，如图１．２所示。２０１３逡逑年Ｖ．Ｒ．Ｍａｎｆｒｉｎａｔｏ等人用电子束加工ＨＳＱ光刻胶获得５邋ｎｍ孔阵列，４邋ｎｍ均匀线逡逑条和２邋ｎｍ特征尺寸Ｗ。逡逑（ａ）逦ＢＫＩｈ！逡逑（ｂ）逡逑图１．２电子束加工ＰＭＭＡ光刻胶获得４邋ｎｍ，邋６邋ｎｍ和７邋ｎｍ的线条Ｗ。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ邋ｂｅａｍ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ邋ＰＭ１ＶＬＡ．邋ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ邋ａｃｈｉｅｖｅｓ邋４邋ｎｍ，邋６邋ｎｍ邋ａｎｄ邋７邋ｎｍ邋ｌｉｎｅｓ．逡逑１．２．邋３罔子束加工技术逡逑聚焦离子束加工技术是指离子束在静电透镜的作用下聚焦到亚微米或者纳逡逑米量级，通过偏转系统控制入射到基底上，高能离子与基底表面原子相互碰撞，，逡逑从而将原子o浒耄苯釉诘装迳霞庸こ鐾夹危骄劢估胱邮毓饧际醪恍枰阱义夏ぃ灾毙吹姆绞浇屑庸ぁＳ捎诶胱拥牡虏悸抟獠ǔず芏蹋虼思庸し直媛屎苠义细撸梢砸阅擅拙仁迪指丛油夹蔚亩ǖ憧缮杓萍庸ぁ＃玻埃保改辏粒睿洌颍澹徨澹茫幔簦簦铮睿殄义系热耍陀镁劢购だ胱邮庸ぢ粱故醇粱竦米罡叻直媛饰靛澹睿
本文编号：2619418
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2619418.html
