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深圳國際研究生院李星輝團隊發文闡釋高通量納米結構全息光刻高效調控機制

清華新聞網4月27日電 大面積陣列式納米結構在光場調控、分子篩選組裝、材料沉積等方面具有重要的作用,但是目前的制備技術尚無法同時滿足高通量、結構一致、特征尺寸可調等核心目標。深入探究影響結構一致性的關鍵因素、確定結構通量和特征尺寸調諧的機制,是該領域的重大需求。

近日,清華大學深圳國際研究生院李星輝團隊提出空間雙干涉同步的全息光刻方法,從理論和實驗兩方面驗證了利用正交雙軸洛埃鏡干涉儀制作高通量、結構一致、特征尺寸可調納米結構的可行性。該干涉儀單元由兩個反射鏡和一個光柵基底以正交角錐結構布局組成,能將單光束按波前分割方案分成三個子光束,實現高效穩定的二維交叉干涉條紋。團隊分析了三個子光束的偏振矢量非正交性,精確計算了任意兩個子光束之間的相干情況。基于以下兩個條件︰(a)消除兩個反射子光束附加干涉;(b)入射子光束與兩個反射子光束之間干涉強度相等,研究了偏振矢量非正交性的分布趨勢,系統性建立了偏振調制的理論模型,在任意入射角下確立了三個子光束的初始偏振角的最佳組合方案。本研究在500、750、1000、1250和1500nm五個不同微納尺度範圍內進行了系統性實驗,該偏振調制的實驗結果與理論仿真模型具有高度一致性,驗證了所提出的基于雙干涉全息光刻偏振調制理論的正確性和可行性。

本研究系統性揭示了高通量納米結構全息光刻高效調控內部機制,實現了一種快速穩定加工大面積陣列式納米結構的新方法,在光子晶體光場調控、光學編碼器二維光柵加工等方面具有很好的應用前景。此外,本研究所提出的偏振調制全息光刻方法對其它多光束干涉光刻技術具有重要的指導性作用。

高通量納米結構全息光刻高效調控內部機制

相關成果近日以“面向高一致性、周期可調微納尺度結構的偏振全息光刻系統技術”(Polarized holographic lithography system for high-uniformity microscale patterning with periodic tunability)為題發表在《自然》(Nature)旗下期刊《微系統與納米工程》(Microsystems & Nanoengineering)。清華大學深圳國際研究生院李星輝助理教授為本文通訊作者,清華大學深圳國際研究生院博士後薛高鵬博士和清華-伯克利學院(TBSI)19級工學碩士翟琦航為本文共同第一作者。論文的其他貢獻者包括清華大學深圳國際研究生院王曉浩教授、倪凱副教授、周倩副教授、博士研究生陸海鷗和碩士研究生林立宇。該項目得到了國家自然科學基金的支持。

論文鏈接︰

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供稿︰深圳國際研究生院

編輯︰李華山

審核︰呂婷

2021年04月27日 09:16:08

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