亚波长微结构直写技术研究

本项目提出一种基于微納光纤笔的亚波长微结构直接写入技术。此种方法利用微納光纤具有强的光场约束能力、低的光传输损耗、高比例的倏逝场分量和显著的场增强效应的优点，制成微纳光纤笔进行亚波长微结构的激光直写技术研究。微納光纤笔与光刻胶层的微触式直写曝光方案，有简单、高效、高性价比、易于大面积刻画等优点，方案中采用的光纤笔是纳米尺度上的，和光刻层为软接触，压力很小，不会损害样品或光刻胶表层。与近场扫描光学显微镜直写技术相比，它具有显著提高直写效率、大大简化系统复杂度、扩展写入范围的优势；与电子束直写相比，它最明显的优势是造价低廉，可以推动我国亚微米甚至纳米级图形制作能力的普及；另外，它又有比聚焦式激光直写高得多的分辨率。经过前期的实验研究，已经验证了100纳米特征微结构刻画的可能；超过了激光直写技术的极限尺寸。我们已经进行了通过控制曝光量来改变写入线条宽度的方法和通过改变光纤写入的方向来直写出复杂图

利用二氧化硅纳米光纤侧面产生的倏逝波以及纳米光纤与光刻胶层之间的光学隧道效应实现了线条分辨率160nm的光刻。计算机模拟显示，由于倏逝波和光学隧道效应，这个方法将光能和光刻胶之间的相互作用范围限制在亚半波长尺度上。实验方面，使用波长442nm的氦镉激光器，将247nm光纤侧面与光刻胶层相接触2000ms,在不同功率下获得了160nm,238nm的曝光线条。另外，将长纳米光纤放在光刻胶上并操纵它，获得了长的曝光线条，弯曲的曝光线和环状曝光线条。而且实验中获得了75nm宽的的不规则曝光线条，显示了亚100nm的光刻能力。同时，从碲酸盐玻璃中直接制作出的高折射率（2.02）碲酸盐纳米光纤可以使光刻胶中光能的线宽更小。