基于微结构边际效应的SPP超分辨光刻技术研究

Taking the analysis of prior research on several SPP lithography technologies in our group as a basis and the merits and drawbacks of current SPP lithography technology, a novel SPP lithography technology based on edge effect discovered in our prior work is proposed in this project, which can manufacture large-area and super-resolution nano-structure fast and efficiently. In the project, the control rule of metallic micro-structure edge to the amplitude, phase and polarization of incident light will be researched. Then the physical model of different shaped edges with electromagnetic wave will be constructed. We will research the SPP on the silver layer which is excited by micro-structure edges, in order to excite, localize and increase SPP effectively, and propose a process of edge-effect mask using in super-resolution SPP lithography at last. After the construction of edge-effect SPP lithography system, kinds of complex nano-patterns will be manufactured, which can form several functional devices.

以课题组前期发展的多种SPP光刻技术为基础，以形成超分辨纳米结构的快速大面积SPP光刻技术与工艺为目标，以构造具有大面积、高抗损伤能力的实用化SPP边际光刻系统为准则，通过分析现有SPP光刻技术的优势和不足，并基于课题组发现的SPP边际效应，本项目提出发展SPP边际光刻技术与系统的思路与方法。首先，研究金属微纳结构边际对入射光波位相、强度及偏振特性的调制规律，建立不同形式（圆球顶端边际、矩形侧边、梯形侧边边际等）边际结构对电磁波调控的物理模型；探索微纳结构边际在金属银层表面激发表面等离子体波的物理机制，获得能够高效激发、局域、增强表面等离子体波的SPP边际结构设计方法，形成实用化的高分辨力SPP边际光刻模板制备工艺。构建SPP边际光刻实验系统，开展各种复杂纳米图形的SPP边际光刻超分辨实验，完成包括亚波长结构滤波器在内的几种典型功能器件制备。

本项目基于365nm光源，开展了利用微结构边际进行超分辨光刻的理论与实验研究；经过近4年的探索，课题组取得以下研究成果：1、建立了基于边际效应的表面等离子体光耦合超分辨力光刻仿真模型,理清了表面等离子体在边际效应超分辨光刻过程中的作用和意义；2、 基于上述仿真模型，确定了 “银层”对光刻作用模式，并重点分析了“银层厚度”“线条宽度”“线条周期”等参数对光刻效果的影响；确定了最佳的“边际超分辨光刻”实验条件；3、 基于365-420nm光源搭建了相应的光刻实验系统，开展了大量验证性光刻实验，最终获得了预期的超分辨光刻实验结果，最小线条特征尺寸可小于30nm；4、基于上述成果形成了大面积、微纳结构制备工艺，完成了可携带微缩文字阵列的大面积微纳结构薄膜，并基于该薄膜形成了可实现动态、立体显示的技术与薄膜样品；该工作受到四川省国防科技工业办公室的后续产业化支持，同时与成都印钞厂、杭州北森等企事业单位共同推进后续小批量开发工作；. 上述研究成果证明：基于该方法利用365nm光源，实现廉价、大面积、超分辨光刻是完全可行的！同时也证明：基于该技术完成的微纳结构构建新产品，推动经济发展、产业升级也是可行的。. 在论文、专利方面： 课题组已经发表SCI文章6篇，申请发明专利3项，还有两篇文章正在撰写中。. 在人才培养方面： 项目负责人入选“四川省组织部人才计划”“成都市组织部人才计划”；同时，本项目培养已毕业博士、硕士各1人，在读博士2人；