本文關(guān)鍵詞：渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫系統(tǒng)研究

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【摘要】：亞波長激光直寫技術(shù)可用于亞波長結(jié)構(gòu)器件的制作,亞波長結(jié)構(gòu)器件可以用在高分辨成像、航天器和航空器的精確導(dǎo)航、地球及天體引力測量、地形測量、重力探礦、納米醫(yī)療機器人等領(lǐng)域。而且,亞波長直寫技術(shù)對于突破智能芯片制造瓶頸,推進我國集成芯片自主生產(chǎn)有重要作用。本論文以遠場光調(diào)制近場光的原理為基礎(chǔ),將渦旋光誘導(dǎo)光致變色材料不透明加入聚焦激光直寫系統(tǒng)中,以實現(xiàn)亞波長分辨率的激光直寫。使用放大倍率20倍(NA=0.4)的顯微物鏡,可以將曝光圖案的線寬從6614nm壓縮到338nm。此系統(tǒng)實現(xiàn)了亞波長分辨率的激光直寫,對納米元件如光波導(dǎo)、光柵和納米電路的大規(guī)模制造提供了有益的方法。波長532nm的激光在經(jīng)過擴束鏡、偏振片、1/4玻片和渦旋相位板后,形成渦旋光,渦旋光與擴束后波長405nnm的激光光束經(jīng)合束鏡合束后完全重合。當(dāng)圓偏振光的旋向與渦旋相位板的旋向一致時,產(chǎn)生的渦旋光具有暗中空結(jié)構(gòu)。光刻片包括硅基片、光刻膠層和光致變色層。合束光被顯微物鏡聚焦,激光焦點光斑,包括波長405nnm的聚焦光斑和波長532nm的環(huán)形光斑投射在光致變色層中,其中分散著皂黃分子。在聚焦前,兩束激光光束擴束至同樣直徑,具有相等的等效數(shù)值孔徑,所以聚焦后焦點處的光斑直徑相同,光斑完全重合。在光致變色層中,波長405nnm的聚焦光斑呈高斯分布,波長532nm的環(huán)形光斑呈中空分布。因為光致變色層受到波長405nm激光照射時其對波長405nnm激光的吸光度逐漸減小,受到波長532nm激光照射時其對波長405nnm激光的吸光度逐漸增大,因此在光致變色層中形成了波長405nm光的通光孔。光刻光(波長405nnm激光)在通過通光孔后對下面的光刻膠層進行曝光,光刻膠可被波長405nnm激光曝光,不能被波長532nm激光曝光。光致變色層中通光孔的直徑可以通過調(diào)節(jié)1532/I405的比值來調(diào)節(jié),當(dāng)比值減小時通光孔直徑減小。設(shè)計好的圖案可以通過計算機控制電動平移臺移動得到。另外,因為光刻光呈高斯分布,因此通光孔的直徑與渦旋光的功率為非線性關(guān)系。光致變色材料吸光度的調(diào)制原理基于皂黃的光致異構(gòu)化。當(dāng)皂黃被波長405nnm激光照射時,反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為順式結(jié)構(gòu)。異構(gòu)轉(zhuǎn)化導(dǎo)致了吸收光譜的變化,此變化由紫外-可見分光光度計測得。類似地,當(dāng)皂黃被波長532nm激光照射時,發(fā)生了相反的反應(yīng)過程。另外,將皂黃溶解于PVA濃度8%的水溶液形成皂黃的飽和水溶液,然后將溶液旋涂在光刻膠層上形成400nnm厚的光致變色層。光刻片經(jīng)過曝光后,樣品浸入NaOH水溶液中,皂黃PVA薄膜溶解后光刻膠層被顯影。皂黃是一種溶于水的光致變色材料,用于渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫時具有明顯優(yōu)勢。首先,在光刻片被曝光后,只需一步即可得到曝光圖案。另外,不需要使用丙酮等對人體和環(huán)境有害的溶液。總之,將傳統(tǒng)的聚焦激光直寫和渦旋光誘導(dǎo)光致變色材料不透明結(jié)合起來,可以實現(xiàn)亞波長分辨率的激光直寫。另外,設(shè)計好的圖形可以通過計算機控制電動平移臺移動來獲得。此項技術(shù)可以應(yīng)用于微納器件,如微納傳感器和微納探測器的大規(guī)模制造。
【關(guān)鍵詞】：納米結(jié)構(gòu)制造 聚焦激光直寫 渦旋光 光誘導(dǎo)不透明 光致變色材料
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O439
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-13
• 第1章 緒論13-33
• 1.1 課題研究的目的與意義13-16
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀16-25
• 1.2.1 納米光纖斜觸式光刻16-18
• 1.2.2 納米金屬顆粒光刻18-21
• 1.2.3 SPR超透鏡光刻21-22
• 1.2.4 負折射率透鏡光刻22-23
• 1.2.5 光致變色材料光刻23-25
• 1.3 課題研究的內(nèi)容與創(chuàng)新點25-28
• 1.3.1 課題研究的內(nèi)容25-27
• 1.3.2 課題研究的創(chuàng)新點27-28
• 參考文獻28-33
• 第2章 光致變色材料33-44
• 2.1 光致變色材料的發(fā)展史33
• 2.2 光致變色機理33-34
• 2.3 光致變色材料種類34-37
• 2.4 光致變色材料的應(yīng)用37-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 參考文獻40-44
• 第3章 聚合物分散有機光致變色化合物薄膜的制備與性能44-62
• 3.1 有機光致變色化合物的選擇44-52
• 3.2 有機光致變色化合物薄膜的制備與性能52-57
• 3.2.1 PMMA高分子聚合物基質(zhì)53-55
• 3.2.2 PVA高分子聚合物基質(zhì)55-57
• 3.3 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻58-62
• 第4章 渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫系統(tǒng)62-86
• 4.1 渦旋光62-71
• 4.1.1 渦旋光及其應(yīng)用62-65
• 4.1.2 渦旋光的產(chǎn)生方法65-67
• 4.1.3 本課題渦旋光的產(chǎn)生67-71
• 4.2 渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫系統(tǒng)71-79
• 4.2.1 光路系統(tǒng)71-75
• 4.2.2 渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫系統(tǒng)的用戶操作界面75-77
• 4.2.3 系統(tǒng)對焦77-79
• 4.3 本章小結(jié)79-81
• 參考文獻81-86
• 第5章 渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫實驗86-113
• 5.1 光刻膠的涂覆86-89
• 5.2 光刻膠曝光閾值的測定89-91
• 5.3 渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫實驗91-93
• 5.4 渦旋光功率與曝光線條線寬之間的關(guān)系93-102
• 5.5 與納米光纖光刻實驗結(jié)果的對比102-111
• 5.5.1 FDTD建模與模擬計算102-105
• 5.5.2 實驗過程及結(jié)果105-110
• 5.5.3 對比分析110-111
• 5.6 本章小結(jié)111-112
• 參考文獻112-113
• 第6章 總結(jié)與展望113-116
• 6.1 論文總結(jié)113-114
• 6.2 未來工作展望114-116
• 攻讀學(xué)位期間的科研成果116-117
• 作者簡介117

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號：1109678