《基於雙表面等離子激元吸收效應的納米光刻》是依託清華大學，由劉仿擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於雙表面等離子激元吸收效應的納米光刻
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：劉仿
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光刻技術（Lithography）是實現大規模積體電路以及微納結構加工極為重要的技術之一。表面等離子激元（Surface Plasmon Polariton, SPP）是一種存在於金屬表面的與自由電子相互耦合振動的電磁場形式，其豐富的模式、較小的模式體積、異常色散等特性為實現超衍射納米光刻提供了可能。.本項目提出雙SPP吸收的新概念和納米光刻方法。雙SPP吸收是存在於金屬表面光刻膠中的非線性光學效應，其繼承了SPP的諸多獨質和類似於雙光子吸收的優點，因此，基於雙SPP吸收的納米光刻為突破現有光刻技術的瓶頸，實現大視場下超衍射納米光刻提供了可能。本項目將針對飛秒雷射脈衝作用下SPP的激勵、傳輸和耦合的特性，雙SPP吸收的物理機制和特性，SPP場增強效應和圖形特徵尺寸壓縮的規律，以及大視場下周期和複雜納米光刻圖形的實現等問題展開研究，力爭在理論設計、工藝實現到測試技術方面取得關鍵性突破。
結題摘要
本項目以實現大視場下超衍射納米光刻為目標，基於雙表面等離子激元（SPP）吸收的新概念和新的納米光刻方法，藉助雙SPP吸收特有的物理性質，針對飛秒雷射脈衝作用下SPP的激勵、傳輸和耦合等物理問題，雙SPP吸收納米光刻在大視場下的實現，SPP場增強效應和圖形特徵尺寸壓縮的規律，以及實現複雜納米光刻圖形等問題展開研究，在理論設計、工藝實現到測試技術方面取得關鍵性突破。取得的成果包括：（1）在800nm飛秒脈衝雷射照射下，實現了周期為240nm、線寬為70nm的光刻膠條紋，線條特徵尺寸大大小於入射光波長，驗證了雙SPP吸收效應；通過改變曝光計量實現圖形線寬在λ0/6 ~λ0/11（120nm~70nm）的範圍內可調；（2）當入射光為400nm飛秒脈衝雷射時，實現了基於雙SPP吸收效應的納米光刻，得到周期為~138nm、線寬為~70nm的光刻膠條紋，通過改變曝光時間，實現條紋線寬從~85nm到~50nm的有效調控；（3）實現多種基於雙SPP吸收效應的複雜納米光刻圖形。實驗製備了二維點陣（周期~230nm，圓點直徑~120nm）和同心圓環圖形（環紋線寬~70nm）；提出利用Ge薄層抑制SPP表面傳播分量，為進一步實驗實現複雜圖形光刻提供了依據；（4）實現面積大於10mm*10mm的三維金屬蜂窩結構的納米加工技術，金屬壁寬度小於80nm、深寬比達5:1、陡直度大於80度、金屬壁粗糙度小於1nm；利用微球對飛秒雷射的“納米噴射”效應，在直徑1μm的微球表面100nm厚的金膜上直接燒蝕出最小30nm線寬的圖形；（5）引入人工雙曲超材料極大降低產生切倫科夫輻射的電子能量（速度）閾值，打破產生該輻射的傳統物理限制；同時實現了世界上第一個自由電子光源集成晶片。雙SPP吸收的納米光刻方法為實現納米光刻圖形，壓縮圖形尺寸提供了可能的方法,成果受到國內外同行的關注，被國內外研究機構引用和評述。片上集成切倫科夫輻射晶片的研究成果在粒子探測、納米光源、生物醫學方向上具有重要的獲得前景，成果入選2017年中國光學十大進展。
