• 产品名称:纳米蝴蝶结型天线的模式分析及高分辨扫描近场
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  • 发布时间: 2021-10-25
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  摘要 一 长 是 尺 工 造 “ ” , 别 光刻技术 期以来 直 微米纳米 度加 制 的 卡脖子 技术 特 是 体工业 。 过 里 光 技术 在半导 中 在 去的 十年 , 刻 己经 得 巨大 的成就, 它也成 几 取 了 展。 而 光 射 光 技术 功地推动了纳米技术的发 然 , 学衍 极限的存在极大地限制 了 刻 一 的进 步发展。 之前的 刻工 中, 为 学 射极 , 一般 相掩 、 离轴 在 光 艺 了克服光 衍 限 采用移 模法 和 正 , 应 工 。 是 一 、 照明 邻 效应矫 等 的 都较为复杂 于 , 寻找 种高 法 近 法 但对 艺 效 米 。 采 脊 低成本 的纳 刻 术己 在眉睫 用 型 米 的近 扫描 光 技 经迫 纳 结构 场 学 刻 光 光 NS OL 运 生。 其 特 增 业 。 而 独 近 现 更是 注 术应 因 的 场 象, 到了 界广 的关 ( )技 强 受 泛 一 过 技 研 望 展成 代 技术 , 在 、 术的 发, 有 发 新 的 电 台 并 电材料 电 通 该 光 平 光 光 器 、 高 度 据存 、 生物传感、 髙 能 获 等 域 巨 的作 。 近 件 密 数 储 效 源 取 领 发挥 大 用 场光 很 、 光 上加工 一 。 关于其 刻能以 高的分 率快速 并行的在 刻胶 出 系列 图形 目 前, 辨 增 的物 制, 比较公 的说 是: 经 激发 , 属和介质 间发生 近场 强 理机 认 法 入射光 后 金 等离激元共振现象, 导致亚波长 围的 域光 。 域 加 突破 范 局 场增强 这种局 场 强行为 , 辨 现, 天 更 了传统的 衍射极限 使得 率得 以实 中蝴 结 纳米 线 光学 超 分 蝶 型 是 高 其 得到 国 内外很多 者的 广。 了 研宄 推 天 作 进 , 理论 发 本 将蝴 结型 线视 波导结 行模式分 从波导结构 出 , 文 蝶 构 析 基本 激 、 、 不 料 磁 输 析其 不 励 不同 寸结构 同 的电 传 响 , 分 在 入 尺 应 深 研 同 射 材 下 入 究 一 其近 为。 通过这 式, 定 式 法 里- 共 场 的 析 确 了每 波导模 下 布 珀罗 行 新颖 分 方 个 振 , 们 响 传输特性。 一 地, 现 导 式和 峰的 它 同 着结构的 步 我 发 波 模 存在 共 影 进 们 激 之 、 T /W 、 / 这 元 间存在杂化 耦合现 , 如 E1 () PP TE Q CPP 合 , 等离 模式 象 3 耦 现象 些现 的作 我们对 强 有 理 。 象 用也让 近场增 行为 了新的 解 此 对 , 两 工艺 重 : 一 , 场光刻 言 有 个参 的 控制极为 要 是线 的 外 近 而 数 其 宽 控 二是 工 。 制 其 系统 作 的控制 随 半导 术的特征 寸 , 线 ; 距离 着 体技 尺 越 越小 对 宽 来 距 也 。 和 离 制的要求 来 高 控 越 越 1 、 对 : 就 米 于线宽 在近场光刻中, 要 用近场增 更为突出 的脊型纳 结 需 采 强 一 , 如本 中 的蝴 结 结构。 蝶 结 , 文 是 蝶 孔 孔 其大 构 就 采用 小 对蝴 结小 构 言 小 而 而 I 米 级 尺 已 接 十 。 我 选 结 般 百纳 量 , 特定区 的 寸甚至 经 近 纳 而 们 用蝴蝶 型 是 域 米 所 孔 偏 入 , 近 要 由 尺 的纳米小 对 特定 振的 光 其 场增 其结构 寸 的间隙大小 于 射 强主 中 。 这对 工过 要求 高。 此, 出 适 对 决定 纳米加 程 甚 因 成功的制备 结构的 形天线 合 蝶 “ 显 。 这也 们 一 方 近 刻的线宽 得极 重 出 模 工 , 即 场光 其 要 使得我 提 种新的 板加 法 背 ” 面加工 法 , 用 以制备小间隙的蝴蝶结天线、 于工 距离: 近 光 , 由于在近 局 的 场 量 远 迅 关 作 在 场 刻中 场 域 光 能 会在 场 发散, 学 线nm 内, 个过程中 模和 底 速 光 天 有效 距 通 以 整 掩 基 之 , 这一 也让 、 。 一 间是紧密接触的 限制 实 程中的定位 调 变得更加困难 而另 验过 平 - m , 的 形 宽 20 50n , 这也要 模 和 过程 不 扫描光 图 线 底 扫描 中 能 方面 刻 仅 求 板 基 在 显 。 上 , 近 现 求 我 提 于 光 位 出 的位移 考虑到以 要 们 出了 用 场 刻系统的自动定 明 适 平 。 置 柔 基 元, 不 入 源器 , 通过 性 台 该装 以 性铰 为 本单 引 任何有 件 仅 内部弹 柔 链 性变形 对 扰 , 足近 光 工 距 。 来 外部 动进行补偿 满 场 刻中的 作 离要求 上 难 题 以 个技术 点与问 都在本文中得到 很好的解决, 优化了近 扫描 两 了 场 光 一 刻的 验 , 进 态光 、 光 系 分辨 提 20nm、 1 3mn。 实 方案 步将静 刻 扫描 刻 统的 率 高到 词 光 、 元、 、 、 、 : 限 表面 近 米 型 关键 学衍射极 等离激 场光刻 纳 聚焦 蝴蝶结 天线 式 、 柔 平 、 工。 模 分析 性 台 纳米加 n 目录 目录 一 第 章 绪论: 1 1  1 . 天 1 光学 线 - . 界面 面 磁 7 1 . 2 1 介质 属 的 电 金 表 波 1. 2. 2 表面等离激元的激发方式10 .  1 2. 3 表面等离激元的近场行为 13 . 1 3 光刻 术简介15 技 . 直  1 4 写 刻 19 光 技术  1 4 19 . 1 . 带阵列 刻 波 光 4 1. . 2 扫 探 光 20 描 针 刻 . 论 工  1 5 文 主 23 本 的 要 作 二 型 导 26 第 章 蝴蝶结 波 的模式 析 分 2 1 法26 . 计 方 数值 算 . .   2 1 1 27 麦克 韦方 组 斯 程 2 1 2 边 条 29 . . 界 件 2. 1 . 3 计 方法30 数值 算 . 长 3 2 2 亚波 孔 输 3 小 的传 2 2. 1 导36 . 圆形波 2. 2. 2 40 形 导 矩 波 4 2 2. 3C 型 导 2  . 波 2. 3 44 蝴蝶结型 导 式分析 波 模 2. 3. 1 44 蝶结型 导 蝴 波 2. 3. 2 理想导电材料的蝴蝶结型 导47 波 3 2. . 3 带介质层的蝴蝶结型波导52 2 3 4 金 4 . . 实际 属材 下的蝴 结型 导5 料 蝶 波 . 2 4 透射光谱实验60 目录 .   2 5 62 本章小结 第三章 高精密柔性平台的设计 64 3 1 . 光 工 距 64 刻 作 离 制 控 .  3 2 柔性铰链 66  3. 2. 1 柔性铰链的分类 67 . 链 要 3. 2 2 柔性铰 的主 参数68 3 2. 3  68  . 几 见柔 较链 对 种常 性 的 比 . 3 2. 4 72 柔 铰 与近 光刻定位 性 链 场 . 基 正交 直 型 链 3 3 于双 单轴 圆 铰 的柔性平台设计74 . 验证 3 4 平 79 柔性 台的仿线 第 章 于蝴蝶结天线的高 辨扫描 场光刻 分 4. 1 景 82 背 介绍 4. 2 掩 的  83 模板 制作 3 4. 型 的加工84 蝴 结 结构 蝶  4. 4 置 87 实 装 系统 验 4 . 5 近场光刻结果89 .  4 5. 1 静态近场光刻 89  4. 5. 2 扫 近 91 描 场 刻 光  . 4 6 本章小结 93 第 章 总 与 望 96 五 结 展   5. 1 ^  96 5. 2 展望98 1 00  l! t^1 08 在 间 的 论 取 研 1 10 读期 发表 学术 文与 得的其他 究 果 成 己发表论文1 10 B 苹 1 10 授权专 J 一 论 第 章 绪 现 半 技 高 展己 类 。 又 密 如 , 导体 的 速发 经让人 进入了信息时代 快速而 高 今 科 米 光 。 、 度的信息技术 纳 光学以 电 出 的 来 多的 技 对 及 子学提 了更高 要求 越 越 科 工 程 题 场的 密 控, 例 光电 、 纳制造 及半 体 问 依赖于纳米级别光 髙精 调 如 子学 微 以 导 业 。 极大 光 微 应 。 行 等 然 光学 射极限的 在却 限制了 层 的 用 而 衍 存 地 在 观 次 1. 1 光学天线 一 工 通 分 线是 种用 者 射电磁 号的装 , 依据其 , 常 天 来接收或 发 波信 置 作波长 天 、 射 天 光 天 , 1 . 1 。 微 、 射 天 已 被 为微波 线 频 线和 学 线 如图 所示 波天线 频 线 经 泛 , A 、 A 、 T 、 达、 讯 是 大 广 研究并加 以应用 其 中 F M V 雷 通 等更 极 地改善了人 类 生 。 此 似 个 透 的 活 而光学天线与 类 , 最简单 的光学天线可以是几 很简单 的 镜, 将 射 所 这 的平行 聚集在其焦点 , 焦点 乎 有信号, 就 到了 入 光 附近 使得 处集中几 起 一 线的作 。 这 备也在传统光学 讯领 中 放 彩。 传统 线结构 天 用 类设 和通 域 大 光 同 天 样 天 光 也 斯 方程组, 一 工 , 学 线 波的 控 用 符 韦 例如 作 光 对于 操 作 合麦克 个 在 Z = 2= . m 工 9 00MHz 频 的半 偶极子天 , ;l  0 1 67 , 用简单的电路 艺就 率 波 线 / 采 板 可 。 工 680mn 硅 ) 以 现 而 于 作在 的 线 ( 以 例 , 实 对 单极子天 结构 衬底为 L = A 4?= 49 7nm 工 工、 . 此 路 适 于 米 , 时传统的电 电 艺不 用 , 只能 助 纳 加 / 子 再 借 造 途 ( ) 。 制 的 径获 如 电 束曝 等 纳米 得 子 光 ^ 78〇nm 驗丨 ^ X 射线光 紫外 F M 、 红外光 无 电 ( A A 、 达 TV ) 线 波 、 雷 等  ̄ ^  ̄ ̄ i I I i J i i     i  . - - - - - 14 12 - 10 8 6 4 2 〇 z 10 10 10 10 1 0  i〇 i〇 i〇 i〇 A/m  图 1. 1 波段电 波谱 图。 全 磁 光学 线的 究与应用是一个 的领 , 如何获得纳米 度的光学 线成 天 研 活跃 域 尺 天 一 个亟 题。 代光 高度发 , 发 材料 等 了 需 决的 问 现 展下 研究 现了金属 的 解 学 者 表面 1 第一章 绪论 离 元效应, 以使得 信 在微 甚至纳 尺 下 到加 。 名 义, 它 激 可 光 号 米 米 度 得 强 顾 思 采 用 属 料的 、 纳 结构, 利用 属 料与光的相互 用 光场的 增 金 材 微米 米 金 材 作 实现 局域 及 之间的相互转 。 200 5 Muhl sc hl e el 强 以 局 场和 播场 换 年 等人对 学频率 域 传 g 光 [ 1 ] 下的偶极天 进行了 验和数 研 , 他们观 到了超过 1 03 子天线附 线 实 值 究 察 个偶极 的光场增 , 这种增 足以 动包括 白光超连续辐射 双光子光致发光在内的 近 强 强 驱 和 一 系列 线 出了 们的纳 线的 显微镜图 , 在间隙中 非 性 应 给 他 米天 共焦 像 = 入 生 入射 振的 强。 ;  78 0nm 射 , 的 产 了依赖 偏 局域 增 在 光照射下 线 最佳 场 天 长 在 250 nm , 具 最 振行 。 度

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