【摘要】：近年來,激光器的逐漸成熟和納米科技的飛速發(fā)展,帶動(dòng)著微納米器件加工技術(shù)不斷向高精度、高分辨率和高效率等方向發(fā)展。目前主要的微納米加工技術(shù)有光學(xué)曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、聚焦離子束加工技術(shù)、納米壓印技術(shù)和飛秒激光多光子加工技術(shù)。飛秒激光多光子微納加工技術(shù)是一種新型微納加工技術(shù),具有低成本、高分辨率、高精度以及能夠加工任意復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在制作光學(xué)器件、微電子學(xué)器件、微機(jī)電系統(tǒng)、光子晶體和超穎材料等功能性微納結(jié)構(gòu)和器件中具有廣泛的應(yīng)用。但是,目前報(bào)道的多光子微納加工技術(shù),多采用對紫外光敏感的商業(yè)光刻膠。由于這類光刻膠中光引發(fā)劑通常具有小的多光子吸收截面,而表現(xiàn)出低的引發(fā)活性,通常需要增加激發(fā)能量或者曝光時(shí)間才能引發(fā)光刻膠發(fā)生光聚合,不僅不利于多光子加工分辨率的提高,還容易超過材料的破壞閾值,導(dǎo)致微納結(jié)構(gòu)缺陷的產(chǎn)生。因此,研究多光子加工技術(shù)中能量閾值的影響因素,通過降低多光子加工的激光功率密度,提高分辨率,對多光子加工技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義。本文在對多光子吸收機(jī)理進(jìn)行深入理解的基礎(chǔ)上,研究多光子吸收系數(shù)、吸收截面對加工閾值的影響。具有大的多光子吸收截面的材料將有助于降低多光子微納加工的閾值。在保持多光子加工的高分辨率、高精度和真三維的特點(diǎn)的同時(shí),較低的多光子微納加工的能量閾值意味著所需的加工激光功率降低,從而可以減小飛秒激光的作用區(qū)域,提高多光子加工的分辨率。研究內(nèi)容主要包括如下幾個(gè)方面:1)從理論上闡明了非簡并雙光子吸收系數(shù)及吸收截面的影響因素。用泵浦探測方法研究了無機(jī)ZnS的非簡并雙光子吸收、簡并三光子吸收及多光子吸收誘導(dǎo)的載流子吸收等非線性動(dòng)力學(xué)過程。此外,測量了兩種有機(jī)分子單邊和雙邊咔唑鹽的非簡并雙光子吸收截面,光子的能量和有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)會(huì)影響其非簡并雙光子吸收系數(shù)。2)進(jìn)行了不同加工波長情況下的簡并雙光子聚合加工實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著加工光子能量的增大,簡并雙光子吸收截面增大,聚合閾值變小。然后我們進(jìn)行了雙光束加工實(shí)驗(yàn)。當(dāng)400 nm的激光和800 nm的激光功率均小于其單獨(dú)作用的閾值時(shí),將兩束光合并在一起可以加工出聚合物線條。3)通過干涉輔助雙光子加工技術(shù)在硅基底上加工獲得了形貌可調(diào)控的多層亞微米結(jié)構(gòu)。對焦點(diǎn)處光強(qiáng)分布進(jìn)行了模擬,研究了其形貌調(diào)制機(jī)制,獲得了線寬隨激光功率和焦點(diǎn)深度的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論很好的吻合。此外,還利用這種多層結(jié)構(gòu)制作了結(jié)構(gòu)光柵,獲得了其反射光譜。
【圖文】：

電子束曝光的分辨率主要取決于電子的相差、束斑尺寸和光刻膠襯底逡逑的散射效應(yīng)。電子束曝光具有非常高的分辨率，２００４年Ｇａｒｙ邋Ｈ．邋Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ等人在逡逑光刻膠ＰＭＭＡ上實(shí)現(xiàn)４ｎｍ，６ｎｍ和７ｎｍ的均勻線條［５］，如圖１．２所示。２０１３逡逑年Ｖ．Ｒ．Ｍａｎｆｒｉｎａｔｏ等人用電子束加工ＨＳＱ光刻膠獲得５邋ｎｍ孔陣列，４邋ｎｍ均勻線逡逑條和２邋ｎｍ特征尺寸Ｗ。逡逑（ａ）邐ＢＫＩｈ！逡逑（ｂ）逡逑圖１．２電子束加工ＰＭＭＡ光刻膠獲得４邋ｎｍ，邋６邋ｎｍ和７邋ｎｍ的線條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罔子束加工技術(shù)逡逑聚焦離子束加工技術(shù)是指離子束在靜電透鏡的作用下聚焦到亞微米或者納逡逑米量級，通過偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制入射到基底上，高能離子與基底表面原子相互碰撞，，逡逑從而將原子o滸�，直接栽懷b逕霞庸こ鐾夾危驕勱估胱郵毓餳際醪恍枰阱義夏�，覟�(zāi)斃吹姆絞澆屑庸ぁＳ捎誒胱擁牡虜悸?lián)烩波长很短，因此加工分辨率很辶x細(xì)擼梢砸閱擅拙仁迪指叢油夾蔚畝ǖ憧繕杓萍庸ぁ＃玻埃保改輳粒睿洌潁澹徨澹茫幔簦簦錚睿殄義系熱耍陀鎂勱購だ胱郵庸ぢ粱故醇粱竦米罡叻直媛飾靛澹睿

本文編號：2619418