納米光刻技術(shù)在納米光子晶體、超材料和生物學中的應(yīng)用.pdf

1、納米科技是20世紀80年代末逐步發(fā)展起來的一門新興的前沿交叉學科領(lǐng)域,納米電子學、納米光學、納米材料、納米機械、納米生物學共同組成的納米高技術(shù)群體大大拓展和深化了人們對客觀世界的認識,并將帶來新一輪的技術(shù)革命。而納米加工技術(shù)則是使各領(lǐng)域內(nèi)納米研究擺脫紙上談兵而得以實驗實現(xiàn)的基礎(chǔ)。目前納米圖形制作的主要途徑有兩個:一是自下而上的途徑,采用現(xiàn)代化學技術(shù),由單個原子聚積而成的自組裝方式。另一是自上而下的途徑,采用光刻手段在物體上制作納米量級圖

2、形,但這需要大幅度提高現(xiàn)有光刻的分辨率。
　　本論文主要講述自上而下的方法進行納米光刻技術(shù)的工藝加工手段以及在此基礎(chǔ)上對不同納米結(jié)構(gòu)的研究。研究對高分辨率電子束光刻、納米壓印技術(shù)、近場納米超分辨率光刻、納米反壓印光刻技術(shù)以及與之配套的后道納米工藝包括金屬淀積、金屬剝離和各項檢測手段進行了具體研究,并將由此技術(shù)制備的器件用于納米光學、納米生物學和納米材料學等領(lǐng)域的交叉研究,獲得了成功的實驗和測試結(jié)果。
　　文章從發(fā)展最完善的納

3、米光刻技術(shù)之一電子束光刻出發(fā),深入系統(tǒng)地介紹了電子束光刻系統(tǒng)的工作原理,對著名廠商的代表性產(chǎn)品進行了比較和分析。在對其原理有了具體系統(tǒng)了解的基礎(chǔ)上,利用電子束光刻對一種新型的電子束光刻化學放大膠UV1116進行了系統(tǒng)的特性研究,從光刻膠的靈敏度、對比度、分辨率和抗腐蝕特性等多角度深入分析,并與其前身、當前廣泛使用的UVIII光刻膠進行了比較,分析各方面的改進,肯定了其在納米光刻領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景。
　　在將納米光刻技術(shù)與生命科學、

4、材料科學相結(jié)合的工作中,首次將電子束光刻的技術(shù)用于對材料的表面改性,利用電子束激發(fā)改變襯底材料的楊氏模量,在此基礎(chǔ)上改變附著人體骨髓干細胞的生長微環(huán)境,從而影響干細胞的分化,并獲得成功的特異性分化結(jié)果。同時,又將電子束光刻和納米光學技術(shù)相結(jié)合,利用電子束光刻制備了多種具有不同對稱度的納米準光子晶體結(jié)構(gòu),并在這些結(jié)構(gòu)的研究基礎(chǔ)上進一步完善,開發(fā)設(shè)計了一種三維兩相環(huán)形準晶納米透鏡系統(tǒng),為此設(shè)計并實施了兩種不同的新型自對準納米光刻工藝,制備所

5、得的三維準晶納米透鏡,可以達到超越傳統(tǒng)極限的超高光學分辨率。
　　另一方面,還對電子束光刻工藝的本身進行了細致的研究,針對不同光刻膠的電子束光刻流程和工藝參數(shù)進行了分別的測試和設(shè)計,并將電子束光刻工藝的用途發(fā)揮至其他納米光刻工藝的領(lǐng)域。利用電子束光刻制備了光柵結(jié)構(gòu)和光子晶體及超材料結(jié)構(gòu),用于納米壓印光刻的模板和近場納米光刻的掩模板,并利用該模板進行進一步的納米光刻實驗。
　　在對納米壓印光刻的研究中,對納米壓印的工藝流程和參

6、數(shù)進行了細致的研究,確定了不同參數(shù)對納米壓印的影響從而確定了最佳實驗條件,制備了具有介質(zhì)或金屬等不同材料單元的平面手性光子晶體超材料結(jié)構(gòu),并進行了大量的光學實驗,對其特殊的光學性質(zhì)進行了測量和分析。通過大量細致的實驗數(shù)據(jù)總結(jié)了光子晶體中特殊的單元結(jié)構(gòu)對其衍射場分布的影響,并證實了具有手性單元的超材料結(jié)構(gòu)對偏振光的特殊調(diào)控作用。
　　在近場納米光刻的研究中,對不同尺寸和結(jié)構(gòu)的光刻掩模版圖形在光刻中的出射的紫外光的光強分布進行了軟件模

7、擬,了解了隱失波在近場光刻中的作用,并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了一種全新的納米光刻技術(shù),將近場納米光刻工藝和納米反壓印光刻工藝相結(jié)合,利用近場隱失波對旋涂于掩模板上的光刻膠進行光學光刻,再通過納米反壓印的方式將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至所需襯底上,利用傳統(tǒng)的光學光刻的方式和紫外光源在任意襯底上實現(xiàn)了超高分辨率的納米圖形,對襯底的材料和形狀都沒有苛刻的條件。最后,首次實現(xiàn)了在非平面襯底如光纖截面頂端實現(xiàn)大面積圖形的均勻轉(zhuǎn)移,并通過初步的光學實驗證實了其功能可