渦旋光誘導(dǎo)不透明激光直寫(xiě).pdf

1、亞波長(zhǎng)激光直寫(xiě)技術(shù)可用于亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)器件的制作，亞波長(zhǎng)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(cè)量、地形測(cè)量、重力探礦、納米醫(yī)療機(jī)器人等領(lǐng)域。而且，亞波長(zhǎng)直寫(xiě)技術(shù)對(duì)于突破智能芯片制造瓶頸，推進(jìn)我國(guó)集成芯片自主生產(chǎn)有重要作用。本論文以遠(yuǎn)場(chǎng)光調(diào)制近場(chǎng)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(xiě)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)分辨率的激光直寫(xiě)。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

2、6614nm壓縮到338nm。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了亞波長(zhǎng)分辨率的激光直寫(xiě)，對(duì)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(zhǎng)532nm的激光在經(jīng)過(guò)擴(kuò)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(kuò)束后波長(zhǎng)405nm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(shí)，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(diǎn)光斑，包括波長(zhǎng)4

3、05nm的聚焦光斑和波長(zhǎng)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(kuò)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(diǎn)處的光斑直徑相同，光斑完全重合。在光致變色層中，波長(zhǎng)405nm的聚焦光斑呈高斯分布，波長(zhǎng)532nm的環(huán)形光斑呈中空分布。因?yàn)楣庵伦兩珜邮艿讲ㄩL(zhǎng)405nm激光照射時(shí)其對(duì)波長(zhǎng)405nm激光的吸光度逐漸減小，受到波長(zhǎng)532nm激光照射時(shí)其對(duì)波長(zhǎng)405nm激光的吸光度逐漸增大，因此在光致

4、變色層中形成了波長(zhǎng)405nm光的通光孔。
　　光刻光（波長(zhǎng)405nm激光）在通過(guò)通光孔后對(duì)下面的光刻膠層進(jìn)行曝光，光刻膠可被波長(zhǎng)405nm激光曝光，不能被波長(zhǎng)532nm激光曝光。光致變色層中通光孔的直徑可以通過(guò)調(diào)節(jié)I532/I405的比值來(lái)調(diào)節(jié)，當(dāng)比值減小時(shí)通光孔直徑減小。設(shè)計(jì)好的圖案可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制電動(dòng)平移臺(tái)移動(dòng)得到。另外，因?yàn)楣饪坦獬矢咚狗植迹虼送ü饪椎闹睆脚c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

5、理基于皂黃的光致異構(gòu)化。當(dāng)皂黃被波長(zhǎng)405nm激光照射時(shí)，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(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)得。類似地，當(dāng)皂黃被波長(zhǎng)532nm激光照射時(shí)，發(fā)生了相反的反應(yīng)過(guò)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400nm厚的光致變色層。光刻片經(jīng)過(guò)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，