敏化的高阈值体系下亚衍射极限纳米光刻极限尺度研究

The one of most valid strategies for achieving sub-diffraction feature size is using the pinpoint of focusing laser spot triggering the threshold responses. For this strategy, how to create a sharper intensity pinpoint plays a pivotal role. Therefore, the exploration of sensitization methods and the physical process behind these are important current challenges. High threshold reaction presents the advantage of sharper pinpoint of laser intensity, however, faces the problem of great threshold inertia in laser-induced threshold reaction. In our early stage work, we sensitized Pt/Si materials system by a simple process, which diminished the minimal feature sizes from 200nm (wavelength/5) to 18nm (wavelength/60). Sensitization is complicated that 4 different threshold phenomenon occurred for just changing the thickness of Pt film. This topic will start from simulating field distribution by finite difference time domain method. Then, the internal mechanism and process of high threshold systems will be discussed from field and heat angle. Based on these discussions, multi-threshold phenomenon cloud be interpreted, and the new sensitization methods cloud be proposed and practiced. Our research could offer new processing method and new technology for the fabrication of metallic nano-pattern arrays. We plan to publish at least 5 SCI articles during our research.

利用聚焦激光焦点附近的尖端触发阈值反应是获得亚衍射极限特征尺寸的一种有效途径，如何创造尽可能尖锐的尖端是这一途径的核心。高阈值反应天然占据尖端较为尖锐的位置，具有较大亚衍射潜力；问题在于，高阈值还带来了阈值反应对激光响应的迟钝性。因此，高阈值体系钝性及内在机制、敏化方法及背后的物理过程具有重要的研究价值。前期工作中，我们针对铂/硅体系进行了简易敏化，使铂线的特征尺寸从200nm(波长/5)下降到了18nm(波长/60）；敏化过程面临复杂的阈值效应，只改变铂厚度一个变量，出现了4种不同的阈值现象。本研究将从有限时域差分法模拟场强分布入手，从场到热用双温分子动力学建模，在此基础上解释钝性、敏化、多阈值现象的内在机制，并提出和实践新的敏化方法，从而进一步减小亚衍射极限纳米光刻的极限尺度，进而为金属纳米图案制备提供一种新方法、新工艺。本项目预期发表5篇以上SCI期刊论文。

利用聚焦激光焦点附近的尖端触发阈值反应是获得亚衍射极限特征尺寸的一种有效途径，如何创造尽可能尖锐的尖端是这一途径的核心。高阈值反应天然占据尖端较为尖锐的位置，具有较大亚衍射潜力；问题在于，高阈值还带来了阈值反应对激光响应的迟钝性。因此，高阈值体系钝性及内在机制、敏化方法及背后的物理过程具有重要的研究价值。.本项目工作中，从有限时域差分法模拟场强分布入手，从场到热用双温分子动力学建模，在此基础上解释了钝性、敏化、多阈值现象的内在机制，并提出了和实践新的敏化方法，从而进一步减小亚衍射极限纳米光刻的极限尺度，进而为金属纳米图案制备提供一种新方法、新工艺。我们针对铂/硅体系进行了敏化，使铂线的特征尺寸从200nm(波长/5)下降到了10nm(波长/100）；敏化过程面临复杂的阈值效应，只改变铂厚度一个变量，出现了多种不同的阈值现象，并分多个方向分别展开研究，包括：周期性颗粒大小渐变纳米阵列制备，超透镜增强激光干涉直写透明材料，和高阈值光刻在在三维硅纳米结构制备的应用，该系列研究成果发表在Applied Physics Letters等期刊上。.本项目提出的纳米线及纳米颗粒可控制备工艺有望在数年内实现产业化，目前本项目成果已获得长理纳米生物技术(长春)有限公司的投资孵化，并已生产出一代样机，已经可以实现纳米有序结构大面积高通量的小范围成产，但是存在良品率不高的问题。一旦解决良品率问题，本项目成果将应用与平面光学、光催化、表面拉曼等领域。.本项目预期发表5篇以上SCI期刊论文，申请专利2项。实际发表8篇SCI期刊论文，获得国家授权发明专利2项。