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TBSI核心科学家李星辉团队发文阐释高通量纳米结构全息光刻高效调控机制

April 26 2021

大面积阵列式纳米结构在光场调控、分子筛选组装、材料沉积等方面具有重要的作用,但是目前的制备技术,尚无法同时满足高通量、结构一致、特征尺寸可调等核心目标。深入探究影响结构一致性的关键因素、确定结构通量和特征尺寸调谐的机制,是该领域的重大需求。

近日,清华-伯克利深圳学院(TBSI)李星辉团队提出空间双干涉同步的全息光刻方法,从理论和实验两方面验证了利用正交双轴洛埃镜干涉仪制作高通量、结构一致、特征尺寸可调纳米结构的可行性。该干涉仪单元由两个反射镜和一个光栅基底以正交角锥结构布局组成,能将单光束按波前分割方案分成三个子光束,实现高效稳定的二维交叉干涉条纹。团队分析了三个子光束的偏振矢量非正交性,精确计算了任意两个子光束之间的相干情况。基于以下两个条件:(a)消除两个反射子光束附加干涉;(b)入射子光束与两个反射子光束之间干涉强度相等,研究了偏振矢量非正交性的分布趋势,系统性建立了偏振调制的理论模型,在任意入射角下确立了三个子光束的初始偏振角的最佳组合方案。本研究在500750100012501500 nm五个不同微纳尺度范围内进行了系统性实验,该偏振调制的实验结果与理论仿真模型具有高度一致性,验证了所提出的基于双干涉全息光刻偏振调制理论的正确性和可行性。

本研究系统性揭示了高通量纳米结构全息光刻高效调控内部机制,实现了一种快速稳定加工大面积阵列式纳米结构的新方法,在光子晶体光场调控、光学编码器二维光栅加工等方面具有很好的应用前景。此外,本研究所提出的偏振调制全息光刻方法对其它多光束干涉光刻技术具有重要的指导性作用。


相关成果近日以“面向高一致性、周期可调微纳尺度结构的偏振全息光刻系统技术”(Polarized holographic lithography system for high-uniformity microscale patterning with periodic tunability)为题发表在Nature旗下期刊《微系统与纳米工程》(Microsystems & Nanoengineering)。TBSI助理教授李星辉为本文通讯作者,清华大学深圳国际研究生院博士后薛高鹏博士和TBSI 19级工学硕士翟琦航为本文共同第一作者。论文的其他贡献者包括清华大学深圳国际研究生院王晓浩教授、倪凯副教授、周倩副教授、博士研究生陆海鸥和硕士研究生林立宇。该项目得到了国家自然科学基金(61905129)的支持。


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41378-021-00256-z


文:薛高鹏

编辑:邓逦俊