HU231027B1 - Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével - Google Patents
Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével Download PDFInfo
- Publication number
- HU231027B1 HU231027B1 HU1100461A HUP1100461A HU231027B1 HU 231027 B1 HU231027 B1 HU 231027B1 HU 1100461 A HU1100461 A HU 1100461A HU P1100461 A HUP1100461 A HU P1100461A HU 231027 B1 HU231027 B1 HU 231027B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- colloidal
- monolayer
- spheres
- interference
- intensity
- Prior art date
Links
- 238000012986 modification Methods 0.000 title description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 title description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 118
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 86
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 82
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 49
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 49
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 39
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 29
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 27
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 17
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 15
- 238000002679 ablation Methods 0.000 claims description 12
- 238000000025 interference lithography Methods 0.000 claims description 8
- 238000012634 optical imaging Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 35
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 26
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 19
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 19
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 17
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H lead(2+);trioxido(oxo)-$l^{5}-arsane Chemical compound [Pb+2].[Pb+2].[Pb+2].[O-][As]([O-])([O-])=O.[O-][As]([O-])([O-])=O LFEUVBZXUFMACD-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 10
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 6
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 5
- 238000001074 Langmuir--Blodgett assembly Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- ZBKIUFWVEIBQRT-UHFFFAOYSA-N gold(1+) Chemical compound [Au+] ZBKIUFWVEIBQRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 description 2
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000238557 Decapoda Species 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002063 nanoring Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/16—Coating processes; Apparatus therefor
- G03F7/168—Finishing the coated layer, e.g. drying, baking, soaking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/0402—Recording geometries or arrangements
- G03H2001/0441—Formation of interference pattern, not otherwise provided for
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás
ELJÁRÁS A SPEKTRUM MÓDOSÍTÁS LEHETŐSÉGÉVEL
A jelen találmány új típusú mikrostrukturálásra irányul. Közelebbről tekintve, a jelen találmány szilárd anyagok, különösen fémek, szerkezet által meghatározott spektrumának, így elsősorban azok abszorpciós és/vagy emissziós spektrumának ellenőrzött módon történő módosítására, adott esetben szerkesztésére szolgáló eljáráshoz kapcsolódik. Speciálisan, a jelen találmány tárgya olyan újfajta litográfiás eljárás, amelynek eredményeként előre meghatározott spektrummal rendelkező komplex mikrostruktúrák állíthatóak elő viszonylag nagy fizikai kiterjedésű térrészben legalább egy, ennél előnyösebben pedig legalább két térbeli irányban.
Itt és a továbbiakban a „mikrostruktúra” megjelölés alatt a méretet tekintve lefelé egészen a nanométer (nm) mérettartományig terjedő mikroszkópikus objektumok, adott esetben periodikus mintázat szerinti, strukturált rendszerét értjük.
A szubmikrométer (sub-pm) tartományba eső periodicitást mutató felületi (2D) és térfogati (3D) struktúrák előállítására a klasszikus többlépéses litográfiái eljárások mellett napjainkban elterjedten alkalmaznak például lézerfényen alapuló interferencia-litográfia módszereket. Ezen módszereket sok esetben képalkotó technikákkal kombinálják. Az így nyert eljárások lényege, hogy leképező objektív tárgysíkjában periodikus mintázatot, pl. két keresztezett rácsot helyeznek el, és a lézerfénnyel megvalósított megvilágítás hatására jelentkező diffraktált nyalábok közül csupán bizonyos nyalábokat engednek a képsíkba jutni, a többi nyalábot pedig arra alkalmas módon blokkolják. így a képsíkban (ide kerül elhelyezésre a megmunkálni szándékozott objektum, illetve annak megmunkálandó felülete) éppen az előállítani szándékozott periodikus struktúrának megfelelő interferenciamintázat jelentkezik, vagyis a megvilágítás előre meghatározott mintázat szerint történik. Ennek eredményeként a felület kontrollált periodikus strukturálása valósul meg.
Az anyagok ultrarövid hosszúságú, vagyis szub-pikoszekundum (sub-ps), speciálisan femtoszekundum (fs) hosszúságú lézerimpulzusokkal történő megmunkálása, azok elektronszerkezetének ilyen módon történő megváltoztatása és ezen keresztül az anyagok új fizikai/kémiai tulajdonságokkal való felruházása nap
1903410
-2jainkban az anyagtudományi kutatások egyik fő területét képviselik. Rövid impulzusok esetén bonyolult feladat az interferáló nyalábok fázisának illesztése. Erre irányuló megoldásokat ismertet például T. Kondo et al. szerzők tudományos közleménye fs-os lézerimpulzusok sok-nyaláb interferenciáját használva (további részletek megtalálhatóak: Appl. Phys. Letters 82, 2758-2760. oldalak (2003); „Multiphoton fabrication of periodic structures by multibeam interference of femtosecond pulses”) vagy J. H. Klein-Wiele et al. szerzők tudományos közleménye 248 nm hullámhosszú sub-ps-os lézerimpulzusok 4-nyaláb interferenciáját használva (további részletek megtalálhatóak: Journ. of Appl. Phys. A 79, 775-778. oldalak (2004); „Sub-micron patterning of solid materials with ultraviolet femtosecond pulses”).
Konfokális litográfiával kombinált lézerablációs eljárást tárgyal Y. Nakata et al. szerzők tudományos közleménye (részletek megtalálhatóak: Journ. of Appl. Phys. A 79, 1481-1483. oldalak (2004); „Lithographical laser ablation using femtosecond laser”). Adott mintázattal rendelkező maszkon (vagy diffrakciós rácson) áthaladó 90 fs hosszúságú és 800 nm központi hullámhosszú lézerimpulzust kvarcüveg hordozóra felpárologtatott (kb. 50 nm vastagságú) polikristályos aranyfilm vékonyrétegre fókuszáltak és abban 4-nyaláb interferencia útján 800 nm átmérőjű, egymástól 1,7 pm távolságban elhelyezkedő, hullámhossz nagyságrendű lyukak periodikus (négyzet)rácsát állították elő. Megmutatták továbbá, hogy 9nyalábos interferenciát alkalmazva a létrehozott interferenciamintázat, bár valamelyest torzulva, de az aranyfilm mélyebb rétegeiben is jelentkezik.
Az előzőekben ismertetett interferencia-litográfia módszerek legnagyobb hátránya, hogy az alkalmazásukkal létrehozható objektumok mérete alulról korlátos, vagyis velük nem állíthatóak elő tetszőlegesen kicsiny objektumok. Speciálisan a legegyszerűbb két-nyaláb interferencián alapuló ilyen eljárásokban nem léphető át a diffrakciós limit, vagyis a hullámhossz felénél kisebb karakterisztikus méretű objektumok nem alakíthatóak ki. A sok-nyaláb interferencián alapuló eljárásokban a diffrakciós limit ugyan átléphető, azonban ez csak viszonylag bonyolult módon, közvetve tehető meg, jelentős műszaki eszközpark segítségével, vagyis igen költséges módon. Az eredményül adódó mintázat topológiáját tekintve szintén igen komplex, ráadásul nehezen kontrollálható háttérmintázatot is tartalmaz.
1903410
-3A szakirodalomban kolloidgömb- (vagy mikro-/nanogömb-)litográfia módszerként számon tartott litográfiái módszer többféle, kolloidgömbök alkalmazásán alapuló eljárást foglal magában. Ezek lényege, hogy pm és/vagy sub-pm nagyságú polimer (szakirodalomban többnyire polisztirol) gömbökből vagy Stöber-féle kvarc gömbökből arra alkalmas hordozó felületén, például a per se ismert Langmuir-Blodgett technikával monoréteget készítenek, amint azt K. Blodgett szerző tudományos publikációja (I. Phys. Rév. 55, 391-404. oldalak (1939)) tárgyalja.
Az így kapott hexagonális szerkezetű réteget a lézeres kolloidgömb litográfia eljárásoknál ezt követően, mikrolencsék rétegeként használva, homogén lézernyalábbal világítják meg (I. például S. M. Huang et al. szerzők Journ. of Appl. Phys. 92/5, 2495. oldal (2002) munkáját). A kolloidgömbök koherens lézerfénnyel történő megvilágításával jelentős mértékű intenzitásnövekedés érhető el, amely adott λ hullámhosszon függ az alkalmazott kolloidgömbök d átmérőjétől. A lézerfény terjedési irányában a tekintett gömbök rétege mögötti intenzitáseloszlást a megvilágítás hullámhosszánál nagyobb átmérőjű gömbök esetében az optikai rezonanciák, míg az annál kisebb átmérőjű gömbök esetében a közel-tér effektusok határozzák meg. A maximális intenzitással jellemezhető sík pozícióját az alkalmazott gömbök mérete és környező közeghez viszonyított relatív törésmutatója határozza meg.
Az intenzitásnövekedés eredményeként a dielektrikum gömbök rétege mögött elrendezett és arra alkalmas tulajdonságú anyagokba, illetve azok felületi rétegébe a felhasznált gömböknél kisebb a kiterjedésű (adott esetben akár a diffrakciós limit alá eső méretű) objektumok „írhatóak” bele. A vizsgálatok szerint a beírásra kerülő objektumok a kiterjedése erőteljesen függ a beírás helyén fennálló tényleges intenzitáseloszlástól: minél kisebb a kolloidgömbök mögötti felületen kialakuló intenzitáseloszlás félértékszélessége, a beírt objektumok a kiterjedését tekintve - adott határig - annál kisebb méret érhető el. Az így kapott struktúrában a beírt objektumok síkban hatszöges periodikus elrendeződést mutatnak, az egyedi objektumok egymástól mért távolsága minden esetben megegyezik a gömbök d átmérőjével. A kolloidgömbök azonos méretének eredményeként a módszerrel nyert sub-pm/nm méretű, vagyis 100 nm/1-10 nm méretű egyedi objektumok a fe
1903410
-4lületen egyenletes eloszlást mutatnak és szabályos hatszögek csúcsai szerint rendeződött szerkezetet határoznak meg. Homogén megvilágítást alkalmazva a tekintett objektumok a kiterjedésének és egymástól mért d távolságának aránya egy, a hullámhossztól és az átmérőtől függő állandó érték. A kezelt területen belüli intenzitáseloszlás laterális finomszerkezete a megvilágító nyaláb Θ beesési szögével hangolható: a ferdén beeső nyalábok gömbök mögötti közel-térbeli koncentrációjának eredményeként változatos szimmetriájú szub-struktúrák írhatóak a felületbe kontrollált módon, amint azt W. Guo et al. tudományos publikációja részletesen tárgyalja (további részletek megtalálhatóak: Appl. Phys. Lett. 90, 243101. oldal (2007)).
A lokális intenzitás tovább növelhető a dielektrikum kolloidgömbök fém kolloidgömbökkel való helyettesítésével, mivel ilyen esetben a fém határfelületen felületi plazmon gerjesztés („surface plasmon polariton”, SPP) lép fel. Szilícium (Si) hordozóra spin-coating technikával felvitt, különböző átmérőjű arany (Au) nanogömbökkel megvalósított nanostruktúra-előállítást ismertet N. N. Nedyalkov et al. szerzők tudományos közleménye (további részletek megtalálhatóak: Appl. Phys. A 85, 163-168. oldalak (2006)). Eszerint a felület megvilágítását 100 fs hosszúságú, központi hullámhosszukat tekintve 820 nm-es lézerimpulzusokkal végezték egylövéses üzemmódban. A lézerimpulzusokat a felületre merőleges terjedési irányban megfelelő optikai rendszer segítségével a hordozó felületére fókuszálták. Az így megvalósított ablálás következtében a Sí hordozó felületi rétegében a diffrakciós határ alatti méretű nanolyukak képződtek. Speciálisan 200 nm átmérőjű Au gömbök alkalmazásakor, a tömbös Sí ablációs küszöbe alatti lézer energiasűrűségek („laser fluence”) mellett kb. 40 nm átmérőjű nanolyukak keletkeztek. A fémgömbök okozta közel-térbeli intenzitásnövekedés a vizsgálatok szerint akkor volt a legnagyobb, amikor a fémgömbök fémfelületű hordozón kerültek elhelyezésre, amint azt Nedyalkov et al. tudományos publikációja részletesen tárgyalja (további részletek megtalálhatóak: Nanotechnology 1_8, 305703. oldal (2007)).
A dielektrikum és fém kolloidgömbök között további lényeges különbség, hogy a fémből készült egyedi kollidgömbök lineárisan és cirkulárisán polarizált fénnyel történő megvilágítása fokozottan a kerület mentén eredményez nagy in
1903410
-5tenzitás-növekedést, amint azt E. Hutter et al. ismertette (részletek megtalálhatóak: Adv. Matter. 16, 1685. oldal (2004)).
A dielektrikum rövidimpulzusú lézeres besugárzás hatására bekövetkező tranziens vezetőképesség-változása miatt az elektromágneses (EM) mező gömbök pereménél való koncentrálódásának köszönhetően lehetővé válik a kolloidgömböknél jelentősen kisebb méretű, hatszögek oldalai mentén elhelyezkedő nanolyukak létrehozása (részletek megtalálhatóak: M. Obara et al., SPIE 7027, ΙΙΟ. oldalak (2008)).
Az Á. Sípos et al. szerzők [Appl. Surf. Science 255, 5138-5145. oldalak (2009)] tudományos publikációja egy kétnyalábos interferencia-litográfiás strukturáló (abláció) eljárást ismertet polikarbonát hordozófelület előzetes mechanikai strukturálására egymással párhuzamosan futó „árkok” sokaságát magában foglaló mintasablon előállítása céljából. A tekintett ablációs eljárással nyert struktúrát ezután kolloid gömbökkel töltik fel, melynek eredményeként egymással párhuzamosan elrendezett kolloidgömb-sorokat tartalmazó mintasablon jön létre. Az így nyert mintasablont ezt követően homogén intenzitáseloszlású lézerfénnyel világítják le, így egy (további felhasználás céljára szolgáló) lyukrácsot kapnak. Az így kapott lyukrács két karakterisztikus periódussal jellemezhető, a lyukrács létrehozásakor mindössze ezen két mikrostruktúrát jellemző paraméter változtatására van mód.
Az M. Csete M. et al. szerzők által jegyzett [Szegedi Tudományegyetem Fizikus Tanszékcsoport 2011. márciusi hírlevélben közrebocsátott] tudományos publikációból kétnyalábos interferencia-litográfiai strukturáló eljárással nyert rácsszerkezet, illetve annak különféle biológiai fehérjékkel kombinációban történő, bioszenzorként történő felhasználása ismerhető meg. A publikáció sokparaméteres mikrostrukturáló eljárással kapcsolatosan részleteket nem tárgyal, illetve ilyen elvi lehetőségére sem utal.
A P. Kühler et al. szerzők [Small 16, 1825-1829. oldalak (2009)] tudományos publikációja hordozón önmagában álló kolloidgömb, illetve néhány (legfeljebb három darab) kolloidgömbből felépített kolloidgömb-klaszter levilágításával nyert kétdimenziós mikrostruktúrát tárgyal, ahol a levilágítást térben egyenletes (vagyis nem modulált) intenzitás-eloszlású lézernyalábbal valósítják meg. A kapott mikrostruktúra kiterjedése a nanométer tartományba esik, az alkalmazott kolloidgömb-klaszter strukturáló hatása a hordozón mindössze néhány nm távolságon
1903410
-6belül érzékelhető, így a bemutatott módszer a hordozón makroszkopikus méretű összefüggő mikrostruktúra kialakítására alkalmatlan.
A homogén lézerfényt alkalmazó kolloidgömb litográfia legnagyobb hátránya, hogy az így előállított struktúrákat jellemző paraméterek, vagyis az a kiterjedés és a d távolság önmagukban nem változtathatóak tetszőlegesen; a tekintett módszerrel az említett paraméterek hányadosa állítható. Továbbá ezen hányados korlátos is, ami abban nyilvánul meg, hogy nagyméretű gömbökkel a fókuszálás nem valósítható meg, ugyanakkor kisméretű gömbökkel csupán nanolyukak hozhatók létre. A módszer további hátránya, hogy a kolloidgömb-monoréteg geometriai (önszerveződő hexagonális) szerkezete a vele előállított struktúra szimmetriaviszonyait is egyértelműen meghatározza.
A fentiek fényében a jelen találmánnyal elsődleges célunk egy új mikrostrukturáló eljárás kidolgozása, továbbá komplex mikrostruktúrák létrehozására szolgáló új típusú összeállítás megvalósítása, melyek lehetővé teszik a velük előállított mikrostruktúra optikai tulajdonságait meghatározó lényeges mikroszkópikus paraméterek külön-külön történő változtatását és ezáltal alkalmasak pl. abszorpciós, emissziós spektrumok előre tervezett/kívánság szerinti módosítására.
A jelen találmánnyal emellett célunk még olyan mikrostruktúra készítő eljárás és összeállítás kidolgozása is, amellyel periodikusan elrendezett objektumok, elsősorban hullámhossznál kisebb térbeli kiterjedéssel rendelkező objektumok és/vagy nano-objektumok tetszőleges, előre meghatározott szimmetriájú mintázata hozható létre viszonylag nagy felületen.
A jelen találmánnyal célunk továbbá olyan mikrostrukturáló eljárás és öszszeállítás kidolgozása is, amellyel módosítható spektrummal rendelkező 2D és/vagy 3D struktúrák egyaránt készíthetőek.
A jelen találmánnyal emellett további célunk még olyan mikrostruktúra kialakító eljárás és összeállítás kidolgozása is, amellyel a tervezett mikrostruktúra létrehozásával párhuzamosan mérsékelhető, adott esetben lényegében kiküszöbölhető a háttérmintázat létrejötte, vagy a háttérmintázat minden lényeges paramétere kontrollálható.
A jelen találmánnyal emellett további célunk még olyan mikrostruktúra kialakító eljárás és összeállítás kidolgozása is, amellyel megfelelően választott anyagok, paraméterek, valamint a megvilágítás során megfelelően hangolt ener1903410
-7giasűrűség alkalmazásával felületmódosítás valósítható meg mind abláció, mind pedig fotokémiai maratás révén.
A jelen találmánnyal emellett további célunk még olyan mikrostruktúra kialakító eljárás és összeállítás kidolgozása is, amellyel hordozófelületen elsődlegesen nanoméretű konkáv objektumok hozhatóak létre, melyek további eljárásokkal konvex objektumokká alakíthatóak.
Kísérleti és elméleti megfontolások alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a fenti célok elérésének egyik lehetősége, ha a mikrostruktúra-kialakításnál periodikus intenzitásmodulációt és közel-térbeli intenzitáserősítést egyidejűleg biztosítunk. Különösen előnyös, ha a periodikus intenzitásmodulációt monokromatikus fénnyel előállított interferenciamintázat képezte megvilágítás formájában állítjuk elő. Az interferencia-litográfia és a kolloidgömb-litográfia általunk megvalósított ötvözése és az így nyert új típusú litográfiás eljárás végrehajtása lehetővé teszi a periodikusan modulált intenzitáseloszlás közel-térbeli koncentrálását. A kolloidgömbök jelenlétében az interferenciamoduláció szimmetriája és periódusa által meghatározott eloszlású mintázatban, de a megvilágítás hullámhosszánál jóval kisebb méretű felületrészeken jön létre közel-térbeli intenzitáserősítés a kolloidgömbök mögött. Mivel az interferenciamintázat intenzitásmaximumai mentén megvilágított valamennyi kolloidgömb közel-térbeli intenzitáserősítést eredményez, az ezen maximumok által kijelölt irányokban létrehozott nano-objektumok egymástól mért t távolságát továbbra is a kolloidgömbök d átmérője határozza meg; ennek tényleges értéke mindazonáltal függ az interferencia-mintázat és a kolloidgömbmonoréteg relatív orientációjától. Ugyanakkor a létrehozott nano-objektumok egymással párhuzamosan futó sorainak távolsága az interferenciamintázat p periódusával ettől függetlenül állítható be (illetve adott esetben skálázható). Vizsgálataink során a találmány szerinti kombinált litográfia eljárás végrehajtása szempontjából polarizált fény alkalmazását ugyancsak előnyösnek találtuk.
Itt és a továbbiakban az interferenciamintázat és a hordozófelületre felvitt kolloidgömb-monoréteg relatív orientációját a monoréteg hexagonális mintázatban elhelyezkedő gömbjei által kijelölt (1,0,0) iránnyal bezárt szögekkel jellemezzük. A beesési sík (1,0,0) iránnyal bezárt szögét α-val, az interferenciamaximumok (1,0,0) iránnyal bezárt szögét /7-val, míg a megvilágítást létrehozó lineárisan pola
1903410
-8rizált nyalábok E-vektora síkbeli vetületének az (1,0,0) iránnyal bezárt szögét £-val jelöljük. Megjegyezzük, hogy a legegyszerűbb két-nyaláb interferencia esetén a β = 90°- a, S-polarizált fényre 5S = β, P-polarizált fényre δΡ = a = 90°- β, a fény által generált rács és a beesési sík közötti ún. azimutális szög pedig minden esetben γ = 90°. A megvilágításra használt fény Θ beesési szöge megegyezik az ún. poláris szöggel, amit a beeső nyalábok a hordozófelület normálisával zárnak be.
Speciálisan, a találmány szerinti módszerrel különféle komplex mikrostruktúrák hozhatóak létre. Ezek közül pl. a két-nyaláb interferencia használatával előállítható két alapvető és legkisebb távolságokkal jellemezhető struktúra példaként! esetében, amint azt az 1. ábra mutatja:
(I) a kolloidgömbök „soron-belül szoros” elrendezésben (vagyis a gömbök egymással érintkező helyzetében) történő megvilágításakor a keletkező nanoobjektumok egymástól mért r(7) távolsága megegyezik a kolloidgömbök átmérőjével, azaz r(7) =d, míg a keletkező nano-objektumok egymással párhuzamosan fu-
J3 tó sorainak a ρ'β =m-—-d összefüggéssel meghatározott távolsága m > 2 (m pozitív egész szám) értékeknél különbözik a megfelelő, homogén megvilágítással nyerhető nano-objektum sortávolságtól, ahol a relatív orientációt jellemző szögek rendre ασ) = 90°, β(Ι) = 0°; S-polarizált (Es) fényre d(sr)=0°, míg Ppolarizált (EP) fényre δρ* = 90°, és (II) a kolloidgömbök „sorok-között szoros” elrendezése esetén a megvilágítással kialakított nano-objektumok egymástól mért távolsága a kolloidgömbök átmérőjét meghaladja, azaz = ^3-d, míg a keletkező nano-objektumok egymással párhuzamosan futó sorainak p^ távolsága az interferáló nyalábok beesési szögével változtatható és kielégíti a p^ = m-d összefüggést; ez m > 2 (m pozitív egész szám) esetén különbözik a megfelelő, homogén megvilágítással nyerhető nano-objektum sortávolságtól; itt a relatív orientációt jellemző szögek rendre a(n) = 60°, β(II) = 30°, S-polarizált (Es) fényre δςΙΙ} =30°, míg P-polarizált (EP) fényre δ( Ρ ΙΓ> = 60°.
1903410
-9A találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással maximalizálható a nano-objektum mintázatok létrehozásánál jelentkező szabadsági fokok, vagyis az egymástól függetlenül módosítható geometriai paraméterek száma. Felületek periodikus intenzitáseloszlást mutató nyalábokkal történő megvilágításakor létrejövő struktúráknál ezen paraméterek az interferenciamintázat és a monoréteg relatív orientációjától függő (i = I, II, ...) periódus képezte mezoszkópikus karakterisztikus méret, az alapvetően a kolloidgömbök d átmérője által meghatározott r(,) (/ = I, II, ...) nano-objektum távolság képezte mikroszkopikus karakterisztikus méret, továbbá a közel-térbeli intenzitás-eloszlás által meghatározott, a megvilágítás hullámhosszánál többnyire kisebb (/ = I, II, ...) kiterjedés. A létrehozott objektumok mérete - különösen fémgömbök esetében függhet az interferencia-mintázat éa a kolloidgömb-monoréteg megvilágítás során alkalmazott relatív orientációjától, mivel az befolyásolja a kolloidgömbök közötti csatolást, ami hatással van a közel-térbeli intenzitáseloszlásra.
A találmány szerinti új típusú litográfiái módszer ezen három szabadsági fokának köszönhetően a síkbeli (azaz 2D) nano-objektum mintázatok paraméterei a technika jelenlegi állásából ismert eljárásokkal el nem érhető széles tartományban egyidejűleg hangolhatóak. Továbbmenve, a következőkben ismertetésre kerülő találmány szerinti eljárásokkal kialakításra kerülő térbeli (azaz 3D) struktúrák megvalósításánál a tekintett paraméterekhez egy további paraméter, az előzőektől függetlenül hangolható szabadsági fokot jelentő Dn Talbot-távolság adódik hozzá, melynek definíciója és további jellemzői megtalálhatóak például H. F. Talbot szerzőnek a Philos. Mag. 9 folyóirat IV számában (1836), illetve W. Wang et al. szerzőknek az Opt. Comm. 260, 415-419. oldalain (2006) megjelent tudományos közleményeiben, melyeket ezen vonatkozásban a jelen bejelentésben foglalt kitanítás részeként tekintünk.
Itt kívánjuk továbbá megjegyezni, hogy a mikrostruktúra tervezett mintázat szerinti kialakításakor elérhető fenti három (3D-ben négy) egymástól függetlenül hangolható paraméter mellett egy további szabadsági fok szintén elérhető: a polarizált nyalábok használata egy, a megvilágítás hullámhosszánál lényegesen kisebb karakterisztikus méretű finom szerkezet megjelenéséhez vezethet homogén megvilágítás mellett is. Ennek eredményeként, szinergikus hatásként, a síkban
1903410
-10vagy térben kialakított nano-objektumok (például lyukak) belsejében további, még kisebb karakterisztikus d0 mérettel jellemezhető mintázatok jelentkezhetnek. Ezen finomszerkezetet a polarizáció jellege, a nano-objektumok a méretét meghatározó λ hullámhossz és a kolloidgömbök d átmérője együttesen határozzák meg - azaz a do méret és így a belső struktúra szimmetriája a fenti paraméterek útján és azok hangolásával egyidejűleg hangolható. Közelebbről tekintve, cirkulárisán polarizált fénnyel történő megvilágítás esetén a kolloidgömbök alatt a gömbök középpontja és pereme közötti gyűrű alakú tartományban körszimmetrikus, lineárisan polarizált fénnyel végrehajtott megvilágítás esetén pedig az E-mező oszcillációjának irányában dipoláris intenzitáseloszlás jelentkezik. Ezen struktúra homogén megvilágítás esetében is forgatható: adott beesési sík mellett (a állandó) a polarizáció δ irányának hangolásával vagy adott polarizáció mellett (δ állandó) a beesési sík változtatásával, azaz a hangolásával. A találmány szerinti új típusú integrált litográfiái módszernél az újabb szabadsági fok tehát annak köszönhetően jelentkezik, hogy a δ szög (ami az előzőek szerint az E-vektor síkbeli vetületének az (1,0,0) iránnyal bezárt szöge) változtatása közben változik a finomszerkezet interferenciamintázathoz viszonyított orientációja.
Mivel a finomszerkezet megjelenésére vezető „belső” intenzitásmoduláció a fenti p, d és a paraméterektől lényegesen kisebb léptékű skálán jelentkezik, megfelelő fényérzékenységi küszöbbel rendelkező fotorezisztet használva a jelenség felerősíthető, vagy akár el is nyomható.
Megfelelő anyagok, mintázat és nano-objektum paraméterek választásával a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfiái módszerrel 2D/3D mikrostruktúrák mesterséges, előre megtervezett spektrummal való kialakítására vagy egyéb spektrumok kívánság szerinti módosítására van tehát lehetőség. A tervezett spektrumszerkesztés felületbe íráskor három (illetve négy, I. feljebb a finomszerkezethez kapcsolódó do paramétert), míg tömbanyag térfogatába történő íráskor - a Talbot-távolság révén - négy (illetve öt) szabadsági fok mellett valósítható meg, ami megfelelő technika hiányában korábban nem volt elérhető.
A találmány szerinti módszer elsődlegesen konkáv objektumok - vagyis pl. nanolyukak - létrehozására alkalmas, amelyek további per se ismert, pl. lift-off eljárásokkal tetszőlegesen konvex objektumokká - azaz pl. nanorészecskékké kon
1903410
- 11 vertálhatóak. Ez a módszer gyakorlati felhasználása szempontjából további előny. Vizsgálataink szerint ugyanakkor a konkáv mintázatok a spektrummódosítás területén ígéretesebbek, mert amíg a fém nanorészecskék között csupán gyenge dipólus csatolás jöhet létre, addig a nanolyukakban gerjesztett lokalizált plazmonok a folytonos filmeken terjedő SPP módusokon keresztül erősen csatolódnak.
Speciálisan, a tervezett módon történő spektrumkialakításZ-módosítás lehetővé tételére irányuló célkitűzést az 1. igénypont szerinti, új típusú mikrostrukturáló litográfiás eljárás kidolgozásával érjük el. A találmány szerinti eljárás lehetséges további, előnyös változatait a 2-14. igénypontok határozzák meg. Továbbmenve, a tekintett célkitűzés a 15. igénypont szerinti mikrostrukturáló litográfiás eljárás alkalmazásával érhető el. Ezen eljárás előnyös változatait a 16-24. igénypontok határozzák meg.
A találmányt a továbbiakban a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen, ahol az
- 1. ábra egy tetszőleges megvilágító interferenciamintázat és a leképezést befolyásoló kolloidgömb-monoréteg egymáshoz viszonyított két jellemző és egyben legegyszerűbb (I) és (II) orientációját szemlélteti vázlatosan az (1,0,0) irányhoz viszonyított orientációkkal; a
- 2(a)-2(d) ábrák a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás foganatosítására szolgáló összeállítás egyik lehetséges változatának elvi rajza perspektivikus nézetben a kolloidgömb-monoréteg két-nyaláb interferenciás megvilágítása mellett, alumínium-oxid (AI2O3) maszk alkalmazásával, 2D konkáv lyuk mikrostruktúra előállítása, majd konvex nanorészecske mintázattá konvertálása során; a
- 3. ábra a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás foganatosítására szolgáló összeállítás egy lehetséges másik változatának elvi rajza perspektivikus nézetben a kolloidgömb-monoréteg koherens optikai leképezés segítségével történő megvilágítása mellett lehetséges többféle szimmetriájú 2D mikrostruktúra létrehozásához; a
- 4A ábra a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás foganatosítására szolgáló összeállítás egy lehetséges további változatának elvi rajza perspektivikus nézetben a kolloidgömb-monoréteg koherens diffrak
1903410
-12ció segítségével történő megvilágítása mellett 3D mikrostruktúra létrehozásához, speciálisan tömbanyag strukturálásánál; a
- 4B ábra a 4A ábrán bemutatott strukturálást ábrázolja a beesési síkkal párhuzamos síkmetszetben; a
- 4C ábra a 4B ábrán szemléltetett multiréteg és a maszk által létrehozott intenzitásmoduláció szinkronizálásának elvét ábrázolja; az
- 5A ábra kolloidgömb-monoréteg és két-nyaláb interferenciával nyert interferenciamintázat rotációs szinkronizálásának elvét ábrázolja; az
- 5B ábra egy, kolloidgömb-monoréteg és két-nyaláb interferenciával nyert interferenciamintázat pl. (I) vagy (II) orientációban (I. az 1. ábrát) való illesztésére szolgáló összeállítást mutat vázlatosan; az
- 5C ábra egy, kolloidgömb-monoréteg és két-nyaláb interferenciával nyert interferenciamintázat pl. (I) vagy (II) orientációban (I. az 1. ábrát) való illesztésére szolgáló másik összeállítást ábrázol; a
- 6A-9F ábrák aranyból (A, B, D, E) és polikarbonátból (C, F) készített filmen elrendezett arany (I. 6A-6F, 7A-7F és 9A-9F ábrák), illetve kvarc (I. 8A-8F ábrák) kolloidgömb-monorétegeknek a megvilágítás intenzitáseloszlására gyakorolt hatása szimulációs eredményeit szemléltetik a lineárisan polarizált megvilágító fénynyaláb haladási irányában egy-egy, közvetlenül a gömbök mögött elterülő síkon (vagyis tulajdonképpen a strukturálni szándékozott hordozófelületen); a
- 10A-10F ábrák aranyból (A, B, D, E) és polikarbonátból (C, F) készített filmen elrendezett arany kolloidgömb-monorétegek cirkulárisán polarizált fénnyel való megvilágítás intenzitáseloszlására gyakorolt hatásának szimulációs eredményeit ábrázolja; és a
- 11(a)-11 (c) és 12(a)-12(c) ábrák a geometriai paraméterek találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással strukturált vékony fémfilmek abszorpciós, illetve transzmissziós spektrumaira kifejtett hatását szemlélteti.
A találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás központi eleme, hogy a mikrostruktúra gyakorlatban történő kialakítása során a periodikus mintázatot adó intenzitásmodulációt, valamint a közel-térbeli intenzitáserősítést egyidejűleg biztosítjuk. Ehhez a megfelelő hordozón elrendezett kolloid
1903410
-13gömb-monoréteget térbeli modulációt tartalmazó nyalábbal világítjuk meg. A tekintett nyalábot lehetőség szerint egyetlen, megfelelő energiasűrűséggel rendelkező lézerimpulzus formájában biztosítjuk. A megvilágító nyaláb térbeli modulációját interferencia útján hozzuk létre. Ehhez a megvilágításra szolgáló nyalábot arra alkalmas nyalábosztó eszközzel (pl. diffrakciós rács) per se ismert módon legalább két részre bontjuk, majd az így nyert nyalábrészeket eltérő hosszúságú fényutak befutását követően egyesítve állítjuk elő a térben modulált intenzitáseloszlású (azaz kívánt interferenciamintázat szerinti) megvilágító nyalábot, amit ezután adott szög alatt a kolloidgömb-monoréteg gömbjeire ejtünk. Ezáltal a kolloidgömbök monorétegét egy intenzitáseloszlását tekintve periodikusan modulált fénynyalábbal világítjuk meg.
Amint azt az 1. ábra mutatja, a megvilágító nyalábnak 12 monoréteget hordozó felület síkja normálisával (vagyis a rajzon a papír síkjára merőleges, nem ábrázolt beesési merőlegessel) bezárt (i=l, II...) beesési szöge (m pozitív egész szám) a megvilágító fény λ hullámhossza és a kolloidgömbök d átmérője által meghatározott strukturálásra alkalmas diszkrét értékeket vehet fel. A beesési szög diszkrét értékeit emellett a kolloidgömb-monoréteg és a megvilágító interferenciamintázat egymáshoz viszonyított orientációja is befolyásolja. Speciálisan, az 1. ábrán vázolt (I) orientáció szerinti, az egymás mellett egymással páronként érintkezőn, azaz ta) =d távolságra elhelyezkedő kolloidgömbök megvilágítását eredményező ún. „soron-belül szoros” elrendezésnél a beesési szög értékei a
Λ A =2-arcsin ---=— összefüggés alapján számíthatók. Ugyanakkor az 1. áb\jn · λ/3 -d) rán vázolt (II) orientációnak megfelelő, vagyis az egymástól C1 =^Í3-d távolságra elhelyezkedő objektumokat eredményező „sorok-között szoros” elrendezésnél a í A Λ beesési szög értékei a = 2-arcsin ----- összefüggéssel számíthatók.
k 2* * in * a j
A fenti (i = I, II) beesési szögek értéke dielektrikumgömbök esetén viszonylag kis szögektől előnyösen legfeljebb 45°-ig terjedhet, mivel 45° felett a kolloidgömb-monorétegbeli szomszédos gömbök szögtől függő, nehezen kontrollál
1903410
-14ható módon változtatják az intenzitáseloszlást. Ugyanakkor fémgömbök esetében a beesési szög egészen a merőleges beesésnek megfelelő 90°-ig terjedhet; a szomszédos gömbök közötti csatolás előnyös intenzitásnövekedést eredményezhet, amelynek mértéke a geometriai paraméterekkel optimalizálható. Továbbmenve, polarizált megvilágító nyalábok esetén az intenzitáseloszlásnak a polarizáció típusától függő finomszerkezete van.
A térben modulált intenzitáseloszlással rendelkező megvilágító nyaláb előállítására az interferencia-litográfia módszerekből ismert interferenciakeltő eljárások használhatóak, úgymint - a teljesség igénye nélkül - például a két-nyaláb interferencia, a sok-nyaláb interferencia, a koherens optikai leképezés vagy a koherens diffrakció módszere. Ezen módszereket a szakirodalom (I. pl. a fentebb hivatkozott tudományos publikációkat) részletesen tárgyalja, így az alábbiakban azokat csupán vázlatosan ismertetjük, a részletek tekintetében pedig az említett tudományos publikációkra utalunk.
A 2(a)-2(d). ábrák kolloidgömb-monoréteg két-nyaláb interferencia megvilágítását mutatják, kívánt esetben felületi fém mikrostruktúra kialakítása céljából. Ehhez kiindulásként optikai minőségű üvegből készített nagy, előnyösen dm2 nagyságrendbe eső strukturálni szándékozott területű 16 hordozó egyik felületén előzetesen a plazmongerjesztés során a rezonanciagörbén kis félértékszélességet (továbbiakban FWHM) biztosító ezüst (Ag) 15 vékonyréteget, majd ezen arany (Au) 14 vékonyréteget alakítunk ki arra alkalmas, szakember által ismert fizikai rétegképző eljárással. Az Au 14 vékonyréteget ezután egyenletes vastagságú előnyösen pl. alumínium-oxid vagy anodizált alumínium 13 vékonyréteggel borítjuk be, majd ennek szabad felületén, pl. a már említett Langmuir-Blodgett technikával Stöber-féle kvarc-gömbök 12 monorétegét alakítjuk ki (az eljárás alapjainak ismertetése megtalálható például Stöber et al., J. Colloid Interf. Sci. 26, 62. oldal (1968) munkájában). Megjegyezzük, hogy az Ag 15 vékonyréteget csupán a kiaknázni szándékozott plazmonikus hatás optimalizálása (vagyis a kis FWHM biztosítása) céljából alkalmazzuk; az eljárás az Ag 15 vékonyréteg másféle fémmel, pl. aranynyal vagy többféle fémből kialakított multiréteggel való helyettesítése esetén hasonló eredménnyel hajtható végre.
Az így kapott szerkezetet (I. a 2(a) ábrát) vetjük alá ezt követően a találmány szerinti mikrostrukturáló eljárásnak. Az eljárás egyik változata értelmében az
1903410
-15előnyösen az ultraibolya (UV) tartományba eső központi hullámhosszon emittáló lézerfényforrással kibocsátott fényt ismert módon és eszközökkel két 10, 11 nyalábra bontjuk. A 12 monoréteget két egymással 2Θ szöget bezáró beeső 10, 11 nyaláb megfelelő utak befutását követő interferenciájával nyert, térben modulált intenzitáseloszlású fénnyel világítjuk meg. Lézer fényforrásként különösen előnyösen alkalmazhatók pl. az ArF lézerek (λο=193 nm), azonban a hordozó és a kolloidgömbök anyagától függően más hullámhosszon emittáló lézerek ugyancsak alkalmasak erre a célra. A jelen esetben hatszöges szimmetriát mutató 12 monoréteg és a két-nyaláb interferenciával nyert interferenciamintázat megfelelő illesztettsége esetén (ennek részleteit az alábbiakban ismertetjük majd) a 10, 11 nyalábok haladási irányában tekintve a 12 monoréteg mögött biztosítjuk a periodikus mintázatot eredményező intenzitás-moduláció és a közel-térbeli intenzitáserősítés egyidejű fennállását. A megvilágítás során az interferenciamintázatot a 12 monoréteg periodikusan rendeződött kvarc kolloidgömböcskéivel tulajdonképpen a 13 vékonyrétegbe fókuszáljuk, miáltal abban - megfelelő intenzitású interferenciamintázat esetén - abláció vagy fotokémiai maratás útján a 2(b) ábra szerinti periodikus mikrostruktúrát hozzuk létre.
A kívánt mikrostruktúra előállítására a 2(a) ábrával összhangban alkalmazott vékonyréteg-rendszerben az egyes fémrétegek felhordási vastagságai nagyságrendjüket tekintve célszerűen megegyeznek a spektrális vizsgálatra alkalmazott fény hullámhosszán plazmonrezonanciát eredményező vastagság értékével. Nemesfémek (pl. Au, Ag) esetében a látható fény hullámhosszának tartományában ezen vastagságok értéke jellemzően kb. 40-50 nm. Ugyanakkor a 13 vékonyréteg vastagsága az esetek többségében célszerűen legfeljebb néhányszor 10 nm, előnyösen kb. 10-50 nm.
A 13 vékonyrétegben kialakított mikrostruktúra 19 lyukjai a 2(b) ábra szerint síkbeli periodikus mintázatot követnek. A periodikus mintázat jellemző geometriai paraméterei az interferenciamintázat p^2 (i = I, II...) periódusa képezte első méret (ennek értékét a = A/Zsin^0 /2) (/ = I, II...) összefüggés határozza meg, ahol λ a megvilágításra használt fény hullámhossza, pedig az orientációtól függő beesési szög nagysága), a kvarcgömbök d átmérője által meghatározott tá
1903410
-16volság jelentette második z(,) (/ = I, II...) méret, továbbá a hullámhossz, a gömbátmérő és a közel-térbeli intenzitáseloszlás által együttesen meghatározott harmadik méret, amit az objektum a(í) (j = I, II...) kiterjedésével jellemezhetünk.
Mivel a strukturálásra használt megvilágító fény intenzitáseloszlása térben modulált (az interferenciamintázat maximális erősítési és gyengítési helyei periodikusan, a fény hullámhosszával összemérhető távolságokban követik egymást), az előállított síkbeli mikrostruktúra a sík egymásra ortogonális irányaiban eltérő periodicitással rendelkezik, hiszen r(,) φ (j = I, II...) mindig teljesül. Ugyanakkor az előállított mikrostruktúra egyes objektumainak a kiterjedését a közel-tér effektusok határozzák meg, amint az a kolloidgömb litográfiái módszerekre jellemző, így p(í) » a(i). Megjegyezzük, hogy a találmány szerinti eljárással a 12 monoréteg mögötti tartományban elegendően nagy energiasűrűség érhető el ahhoz, hogy a 13 vékonyréteg ablációja mellett a 12 monoréteg kvarc kolloidgömbjei is ablálódjanak. Ennek bekövetkezése a két réteg roncsolási küszöbének arányától függ.
Ezt követően kívánt esetben részecske típusú fémes felületi mikrostruktúra kialakításához az előzetesen strukturált 13 vékonyréteg felületén pl. aranyból párologtatással újabb 17 vékonyréteget kialakítva (I. 2(c) ábra), majd a 13 vékonyréteget arra alkalmas kémiai maratásos folyamatokkal eltávolítva (pl. nátriumhidroxidos (NaOH) kémiai maratást alkalmazva) félgömböket formázó nanoméretű 20 objektumokat (nanorészecskéket) hozhatunk létre (I. 2(d) ábra). Jelen esetben a kapott felületi mikrostruktúrát 10-100 nm nagyságrendbe eső átmérőjű arany félgömbök periodikus mintázata alkotja. Megjegyezzük, hogy egyéb, arannyal kompatibilis fémből, pl. ezüstből, alumíniumból, rézből, hasonló eljárással hasonló felületi mikrostruktúra alakítható ki, továbbá a félgömbök helyett pl. hengeres objektumok is létrehozhatóak.
A bemutatott példaként! két-nyaláb interferenciamintázattal történő megvilágításra ns vagy fs hosszúságú UV lézerimpulzusok egyaránt alkalmasak, mivel itt első lépésként a dielektrikum réteg kerül strukturálásra. A szóban forgó tulajdonságú lézerimpulzusok sok-nyaláb interferenciamintázattal zajló megvilágítás esetén ugyancsak használhatóak.
1903410
-17A fémek direkt strukturálására előnyösebben használhatóak rövidimpulzusú lézerek. A 3. ábra a találmány szerinti eljárás egy rövidimpulzusú fényforráson alapuló változatának elvi rajzát mutatja, amelynél a kolloidgömb-monoréteg megvilágítása koherens optikai leképezéssel történik. A vázlatosan szemléltetett elrendezés lényegében egy konfokális litográfiái elrendezésnek felel meg. Eszerint koherens 100 fényforrás által kibocsátott 100a fényt fényútba táplálunk, amely fényútban 102 nyalábosztó optikai elemet rendezünk el. A 100 fényforrást célszerűen fs-os impulzus üzemű lézer képezi. Nyalábosztóként célszerűen diffrakciós elvű optikai elemeket, speciálisan amplitúdó- vagy fázisrácsot alkalmazunk. A 102 nyalábosztó optikai elemmel különböző irányokban terjedő 101 nyalábokat állítunk elő, melyeket ezt követően megfelelő 104 fókuszáló optikai elemmel 106 apertúraelemre fókuszálunk. A 104 fókuszáló optikai elemet előnyösen megfelelő kiterjedésű és fókusztávolságú gyűjtőlencse képezi. A 106 apertúra-elemre ejtett nyalábok közül a 106 apertúra-elemben kialakított 106a nyílások segítségével kívánság szerinti számosságú nyalábot válogathatunk ki.
A bemutatott kiviteli alak esetében négy, egymástól éppen 90°-ra eső szöghelyzetben kialakított 106a nyílás útján szám szerint négy darab átmenő nyalábot használunk, mindazonáltal a 106a nyílások tetszőleges szimmetriájú áteresztési mintázatot meghatározhatnak. Az egyes nyalábok fázisillesztését (rajzon nem ábrázolt) optikai késleltetőelemek (a megvilágítás tekintett hullámhosszán átlátszó dielektrikumból készített, fázistolást eredményező diszperzív elem, pl. prizmasor) fényútba iktatásával érjük el.
A 106 apertúra-elemmel kiválasztott nyalábokat ezután a fényútban elrendezett 108 fókuszáló optikai elemmel megvilágító 110 nyalábok formájában 114 hordozón kialakított (rajzon nem méretarányosan feltüntetett) 112 kolloidgömbmonorétegre fókuszáljuk, és a kolloidgömbök megvilágításával a 2(a)-2(d) ábrákhoz kapcsolódóan már ismertetett módon kívánt mikrostruktúrát állítunk elő. A 108 fókuszáló optikai elemet célszerűen megfelelő kiterjedésű és fókusztávolságú gyűjtőlencse képezi. Az így kapott mikrostruktúra szimmetriáját és p periódusát a nyalábok találkozási szöge, a nyalábok fáziskülönbsége, valamint a rendszerben beállítható kicsinyítés határozzák meg. Több-nyaláb interferencia esetén eltérő térbeli irányokban különböző karakterisztikus periódusok együttesen fordulhatnak elő. Amennyiben a megvilágítást speciálisan adott polarizációjú fénnyel végezzük,
1903410
-18a polarizáció típusa (S- vagy P-) szintén befolyásolja a mikrostruktúra szimmetriaviszonyait. A polarizáció típusa az intenzitáseloszlás jellegét általános esetben az interferencia-mintázat és a finom szerkezet szintjén ugyancsak befolyásolja.
A 112 kolloidgömb-monoréteget két-nyaláb interferenciával nyert, térben modulált intenzitáseloszlású fénnyel megvilágítva a fentiek szerint tehát olyan komplex 2D mikrostruktúrákat állíthatunk elő, amelyek (i) a sík egyik irányában egymástól a kolloidgömbök d átmérőjének 1 pm (1000 nm) / szub-pm (100 nm) nagyságrendjébe eső r(,) (/ = I, II...) távolságra lévő és szub-pm (100 nm) / nm (ΙΙΟ nm) nagyságrendbe eső a(í) (j = I, II...) kiterjedésű objektumokból épülnek fel, míg (ii) az erre merőleges síkbeli irányban a megvilágításra használt fény hullámhossza (azaz 100-1000 nm) nagyságrendjébe eső ρω (j = I, II...) periódussal jellemezhetőek, amint az például a 2(b) ábrán f(/) = d esetben látható.
A 112 kolloidgömb-monoréteget kettőnél több lézernyaláb interferenciájaként előállított vagy koherens optikai leképezéssel nyert, térben modulált intenzitáseloszlású 110 nyalábbal megvilágítva (I. pl. a 3. ábra szerinti konfokális elrendezést) szub-pm (100 nm) / (1-10 nm) a(i) kiterjedésű objektumok alkotta, ugyanakkor magasabbrendű szimmetriával bíró komplex 2D mikrostruktúrák hozhatóak létre. A mikrostruktúrák objektumait egyaránt képezhetik lyukak vagy per se ismert módszerekkel kialakításra kerülő részecskék, pl. félgömbök, hengerek. Továbbmenve, a találmány szerinti eljárással létrehozható különféle mikrostruktúrák egyes (fémes) objektumai egymással és a környezetükkel kölcsönhatásba lépve (pl. fémfilmeken gerjesztett felületi plazmonok útján) módosítják a hordozó abszorpciós és/vagy emissziós spektrumát, így felhasználhatóak a tekintett spektrumok) előre meghatározott jellegű megváltoztatására. Vagyis a találmány szerinti, kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás végső soron kívánt spektrummal rendelkező struktúrák kialakítására alkalmas.
A 4A és 4B ábrák a találmány szerinti eljárás egy további változatát szemléltetik vázlatosan 200 tömbanyag térbeli strukturálása vonatkozásában, melynél az ún. önleképezési effektust használjuk. Ennek lényege, hogy periodikus mintázatokat tartalmazó 211 maszkot koherens fény képezte 201 nyalábbal megvilágítva a 211 maszkon diffrakció jelentkezik, és a diffraktált nyalábok interferenciájának
1903410
-19eredményeként np‘ ' λ (ahol n egész szám, p{,} a periodikus mintázat szerinti egyedi diffraktáló objektumok síkbeli periódusa, λ a megvilágítás hullámhossza) nagyságú ún. Talbot-távolságokban megjelenik a 211 maszk képe (beíródás). A tekintett 211 maszkot pl. az előzőekben tárgyalt két- vagy sok-nyaláb interferenciát felhasználva vagy koherens optikai leképezéssel állíthatjuk elő. Megjegyezzük, hogy itt az (i) index a maszk és a kolloidgömb-monoréteg többféle lehetséges párosítására és relatív orientációjára együttesen utal. A 4A ábra egy olyan speciális esetet ábrázol, ahol a lyukak egymástól való távolsága megegyezik a monorétegbeli kolloidgömbök d átmérőjével. A lyukak az (1,0,0) iránnyal párhuzamosan helyezkednek el, a megvilágítás hasonló a két interferáló nyalábbal történő ún. „soron-belül szoros” (azaz i = I) típusú megvilágításhoz. Lényeges különbség azonban, hogy itt a lyuksorok, vagyis az (1,0,0) irány mentén is intenzitásmoduláció van jelen. Megjegyezzük még, hogy a tekintett térbeli mikrostrukturálás során bármely D( n l) Talbot-távolságot használhatjuk (bár magasabb „n” rendeknél torzulások léphetnek fel), illetve a maszk eredeti pozíciójának korrigálása során a magasabb rendek monitorozása szintén szükségessé válhat.
A 200 tömbanyag 3D strukturálását alapvetően két módon végezhetjük; a szóban forgó mélystrukturálás történhet (i) rétegről-rétegre haladva szekvenciálisán vagy (ii) felülről-lefelé történő totális átvilágítással. Az 3D strukturálás bemutatásakor pl. a 4A ábrának megfelelő maszk-kolloidgömb párosítást és orientációt választjuk. A megvilágítást célszerűen merőlegesen beeső 201 nyalábbal biztosítjuk.
Szekvenciálisán történő strukturálásnál (rajzon nem ábrázolt, rétegépítésre alkalmas) mintakamrában 216 hordozóra felvitt strukturálni szándékozott 214 filmet és azon kialakított 212 kolloidgömb-monoréteget tartalmazó szendvics szerkezetet helyezünk el a 211 maszktól előnyösen éppen valamely Talbottávolságban. Ezt követően a 212 kolloidgömb-monoréteg gömbjeit a 211 maszkon keresztül a koherens fény képezte 201 nyalábbal merőlegesen megvilágítva a 211 maszk reprodukált képét „beleírjuk” a 216 hordozóra felhordott nagy abszorpcióval rendelkező 214 filmbe. A 214 filmet tetszőleges, adott hullámhosszon abszorbeáló fém képezheti. Ezen lépést követően a 212 kolloidgömb-monorétegen egy következő 216’ hordozó/strukturálni szándékozott 214’ film/212’ kolloidgömb-monoréteg
1903410
-20alkotta szendvics szerkezetet alakítunk ki, célszerűen anélkül, hogy eközben az előző lépés eredményeként kapott szerkezetet a rétegépítő mintakamrából eltávolítanánk. Adott esetben az előzőleg kialakított szendvics szerkezet 212 kolloidgömb-monorétegének gömbjeit a rákövetkező szendvics szerkezet felhordását megelőzően eltávolítjuk. Ezután a 212’ kolloidgömb-monoréteg gömbjeit az aktuális maszkon keresztül a koherens fény képezte 201 nyalábbal megvilágítva a maszk reprodukált képét „beleírjuk” a most kialakított szendvics szerkezet részét képező 214’ filmbe. Ezt követően az így kapott struktúra szabad felületén ismételten kialakítjuk a fentebb említett szendvics szerkezetet, majd újra beírási lépést hajtunk végre. Ily módon a szendvics szerkezet „felvitele” és a „beírás” lépéseket egymás után felváltva elegendően sokszor végrehajtva a mintakamrában a kívánt struktúrát mutató 200 tömbanyagot állítjuk elő valós 3D kiterjedésekkel. Az így előállított 200 tömbanyag abszorpciós/emissziós spektruma a 200 tömbanyag részeként kialakított mikrostruktúrák objektumai kölcsönhatásainak eredményeként előre meghatározott módon kerül kialakításra/módosításra.
Megjegyezzük, hogy a fenti 3D struktúra szekvenciális létrehozása során a kolloidgömbök az egymás alatt elhelyezkedő monorétegekben vertikálisan oly módon szinkronizálhatóak, hogy egy vékony rezisztrétegben a kiindulási 211 maszkkal először egy olyan sablont hozunk létre, amely kijelöli a kolloidgömbök helyét a következő lépésben felvitelre kerülő monorétegben. A kiindulási 211 maszk kontrollált forgatása lehetővé teszi a sablon előre meghatározott mértékű rotációját is, így - amennyiben az egymást követő lyuksorok tökéletes vertikális rendezettsége/egybeesése nem elvárás - lehetővé válik egymáshoz képest elforgatott lyukmintázatok vertikálisan egymás fölött való elrendezése.
Felülről-lefelé történő totális átvilágítással végzett mélystrukturálásnál a 216/216’ hordozóra felvitt 214/214’ film és 212/212’ kolloidgömb-monoréteg kolloidgömbjei váltakozón egymásra rétegzett szendvics szerkezete formájában kiindulásként létrehozzuk a strukturálni szándékozott 200 tömbanyagot. Ezen tömbanyagban az egymás alatti monorétegekben lévő kolloidgömböknek vertikálisan rendezettnek kell lenniük, amit a 211 maszkkal kiindulásként beírt sablonok útján biztosíthatunk. Ezt követően a 200 tömbanyagnak a 201 nyaláb terjedési irányában tekintett első szabad lapjától (ezen keresztül fog történni a strukturálás) Talbot-távolságban elrendezzük a 211 maszkot, amit ezután a koherens fény ké
1903410
-21 pezte 201 nyalábbal felüIről-lefelé megvilágítunk. A 211 maszk nem érintkezik a 212’ kolloidgömbökkel, mindazonáltal az azok tetőpontjai által kijelölt síkban a koherens diffrakció eredményeként létrejön a 211 maszk képe. A 212’ kolloidgömbmonoréteg kolloidgömbjei ezen intenzitáseloszlást fókuszálják a megmunkálandó (azaz kívánt mikrostruktúrával ellátni szándékozott) 214’ filmbe, aminek következményeként a 200 tömbanyag 214’ film képezte rétegében egy másodlagos maszk jön létre. Ennek p(í) periódusa, továbbá a periodikus mintázat lyuksorai mentén mért r(,) (/ = I, II...) távolság lényegében megegyezik a 211 maszk megfelelő paramétereivel, azonban az a(i) kiterjedés az eredeti 211 maszk lyukainak átmérőjétől különbözhet. A következő beírási lépésben ezen másodlagos maszk szolgál maszkként.
Amennyiben az eredeti 211 maszkot eltávolítjuk és a megvilágító 201 nyaláb terjedési irányában tekintett első 212’ kolloidgömb-monoréteg kolloidgömbjei közé arra alkalmas módon immerziós folyadékot juttatunk, a lencsehatás megszűnik és a megvilágítással így létrehozott lyuksorozat - mint maszk - képe fog megjelenni a fém 214’ filmben létrehozott maszktól ismételten Talbot-távolságban elhelyezkedő következő 212 kolloidgömb-monoréteg tetején. Ezen eljárással két egymás alá rétegzett 214’ és 214 film ugyanazon p periódussal lyukasztható. Jelen esetben a 214, 214’ filmet előnyösen fém vékonyréteg képezi, bár az egyéb anyagokból szintén kialakítható.
A mélyebb rétegek hasonlóképpen világíthatóak meg, azzal az eltéréssel, hogy kettőnél több egymás felett elhelyezkedő lyuksor képezte maszk mögött a mélyebben fekvő maszkok már nem homogén, hanem a fölöttük elterülő maszk és kolloidgömb-monorétegek által meghatározott intenzitáseloszlású nyalábbal kerülnek megvilágításra. Itt kívánjuk megjegyezni, hogy speciálisan a 212’ kolloidgömbmonoréteg kolloidgömbjei köré a kolloidgömbök anyagának törésmutatójától eltérő törésmutatójú folyadékot juttatva a mélyebben elhelyezkedő maszkok megvilágítottsága kívánság szerint változtatható.
Amellett, hogy a fenti eljárással tömbanyag 3D strukturálását hajthatjuk végre, a maszkok fs-os lézerimpulzusokkal történő megvilágításakor a magasabbrendű (vagyis n > 1) Talbot-távolságokban általában tapasztalható torzulás is kiküszöbölhetővé válik. Megjegyezzük továbbá, hogy a tömbanyag 3D struktúráié
1903410
-22sánál jelentkező Talbot-távolság egy új (lényegében a 100-1000 nm tartományba eső) karakterisztikus méretet határoz meg, így ilyen esetekben a spektrummódosítás konkrét megvalósítására immár négy szabad és egymástól független geometriai paraméter áll rendelkezésre. Megjegyezzük még, hogy a megvilágítást polarizált nyalábbal végezve a tömbanyagban kialakított mikrostruktúrák objektumai adott esetben további, az előzőeknél kisebb do karakterisztikus mérettel jellemzett finomszerkezettel is rendelkezhetnek, aminek eredményeként a spektrummódosítás céljára használható szabad geometriai paraméterek száma ötre emelkedik.
A 3D struktúrák felülről-lefelé zajló mélystrukturálással való létrehozásakor, a 4C ábra szerint, a szinkronizálást egy előzetesen elkészített 211” maszk által létrehozott interferenciamintázat és egy 212” kolloidgömb-monoréteg gömbsorai között szükséges biztosítani. Ismeretes, hogy a megvilágításra használt koherens 201” nyaláb diffrakciója több/magasabbrendű Talbot-távolságokban ismételten létrehozza a 211” maszk képét. így a 212” kolloidgömb-monoréteg 211” maszk alatti tökéletes centráltsága esetén a reflektált nyalábok a 211” maszk képét a 201” nyaláb terjedési irányában a kiindulási 211” maszk előtti térrészben, ugyancsak Talbot-távolságokban, szintén létrehozzák, ami felhasználható a szinkronizálásnál.
Amint azt korábban említettük a találmány szerinti kombinált interferenciakolloidgömb litográfia eljárás egyik lényegi pontja a megvilágításra használt interferenciamintázat és a síkban hatszöges szimmetria szerint rendeződő kolloidgömb sorok illesztése/szinkronizálása, melynek célja a közel-tér periodikus intenzitáserősítő hatásának maximalizálása. Ennek egyik műszaki megvalósítását a következőkben az 5A, 5B és 5C ábrákhoz kapcsolódóan ismertetjük részletesebben két-nyaláb interferenciát alapul véve.
A gyakorlati megvalósítás során elsődleges feladat a hordozón elrendezett 312 kolloidgömb-monoréteg karakterisztikus irányainak egy makroszkopikus koordinátarendszerben történő elhelyezése. Mivel a dielekthkum/fém kolloidgömbökből előállított monoréteg fotonikus-plazmonikus kristály, a poláris (θ^) és az azimutális (/) szögektől függő reflexióban mindig vannak karakterisztikus szélsőértékhelyek. Megjegyezzük, hogy mivel a γ azimutális szög a beesési sík és a kolloidgömbök interferenciamintázattal történő megvilágításával definiált periodikus mintázat kő
1903410
-23zötti szög. Ezen szélsőértékhelyek a kolloidgömbök anyaga és mérete, valamint a strukturálni szándékozott multiréteg összetétele által meghatározott rezonáns hullámhosszakon detektálhatóak jól, amely hullámhosszak eltérhetnek a komplex struktúra készítése során alkalmazott hullámhossztól. A 312 kolloidgömbmonoréteg jól definiált/megfelelő térbeli irányba forgatásához másik hullámhosszt is alkalmazhatunk.
A 312 kolloidgömb-monoréteg térbeli orientációjának ismeretében a megvilágításra szolgáló rendszert a tervezett cr(í) és Z?(í) (i = I, II, ...) (I. 1. ábra) szögekkel jellemezhető relatív orientációnak megfelelő irányba forgatjuk. Mivel a megvilágítás során magával az interferenciamintázattal létrehozunk/kiválasztunk egy, a megvilágítás hullámhosszával azonos nagyságrendű periodikus rácsot, a tfl) beesési szög és a /azimutális szög ismeretében meghatározhatjuk a várható diffrakciós rendek irányát. (Megjegyezzük, hogy két-nyaláb interferencia esetén a beesési sík és a megvilágító fény által létrehozott dinamikus rács közötti azimutális szögre mindig teljesül, hogy /=90°). A 312 kolloidgömb-monoréteg és az interferenciamintázat rotációs szinkronizálását ezen diffrakciós rendek detektálása révén végezzük.
A szinkronizálásra használt eljárás lényege, hogy a megvilágításra használt fény 301 nyalábja által létrehozott dinamikus rács ún. Littrow-elrendezésben van, mivel a 2/?(í) sin#(í) = ηιλ feltétel m=1 esetén mindig teljesül. így, amikor a tfl) beesési szögben beérkező fény 301 nyalábja a monoréteg forgatásos pozicionálása során az egymástól p(t) periódusnyi távolságra lévő kolloidgömbök sorok egyes kolloidgömbjeinek felületére az egyik vagy a másik oldalon merőlegesen esik be, a konstruktív interferencia eredményeként a reflektált nyalábban igen nagy intenzitások lesznek detektálhatóak. A kolloidgömbök sugara és a tfl) szög ismeretében az 5A ábra alapján meghatározható az ezen feltételnek megfelelő pozíció és a gömbsorok közepének /' =(ó//2)cosO' =(ó//2)sin6>< távolsága, vagyis a decentralizáltság mértéke. A megvilágítás fényútjában elhelyezett fényáteresztő plánparalel lemezről reflektálódó nyalábokban felváltva jelentkezik maximális intenzitás a gömbsorok közepéhez viszonyított +l(t) decentráltság esetében. Ennek alapján a 301 nyalábbal keltett interferenciamintázat és a 312 kolloidgömb
1903410
-24monoréteg egymáshoz viszonyított finom mozgatása útján az interferenciamintázat maximumai és a monoréteg gömbsorainak közepe egymással illeszkedő helyzetbe hozható, ami a pozicionálás/illesztés elvégzésének első lépését jelenti.
Az 5B ábra szerinti 300 illesztő összeállítás központi 320 vezérlőegységet, síkbeli elmozdulásra alkalmasan kialakított 322 tárgyasztalt, a 322 tárgyasztal síkbeli mozgatását végző precíziós 324 transzlátorokat, valamint 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorokat foglal magában. A 324 transzlátorok, valamint a 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorok a 320 vezérlőegységgel vannak csatlakoztatva, a csatlakoztatást tetszőleges, adattovábbításra is alkalmas vezetékes vagy vezeték nélküli összeköttetés biztosítja. A 320 vezérlőegységet előnyösen számítógép, vagy arra alkalmas egyéb hasonló eszköz (pl. mikrokontroller, stb.), míg a 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorokat, célszerűen megfelelő felbontású fotodetektorok/CCD kamerák képezik. A találmány szerinti eljárással 2D vagy szekvenciálisán történő 3D strukturálásnak alávetni szándékozott minta a 322 tárgyasztalon van rögzítve, így a 322 tárgyasztal elmozdulása egyben a minta elmozdulását is jelenti. Jelen esetben a mintát 316 hordozó felületén kialakított 313 film, továbbá a 313 film felületén kialakított 312 kolloidgömbmonoréteg képezi. A 312 kolloidgömb-monoréteget felépítő gömbök soraival illeszteni szándékozott, két-nyaláb interferenciával előállított, térben modulált megvilágítást a (rajzon nem ábrázolt) koherens fényforrásból származó 301 nyalábok szolgáltatják. A 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorok egyike, jelen esetben pl. az első 325-1 fényintenzitás-detektor, a megvilágítás irányában tekintve a 322 tárgyasztalon elrendezett mintával szemben és érzékelőfelületével a mintára nézőn van elrendezve. A másik két 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektor a 322 tárgyasztal mellett, célszerűen annak két átellenes oldala mentén kerül elhelyezésre olyan helyzetben, hogy érzékelőfelületeik ugyanazon síkban terülnek el és a 325-1 fényintenzitás-detektor érzékelőfelületének síkjára néznek. A 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorok érzékelőfelületeinek közös síkja előnyösen megegyezik a 322 tárgyasztalon elrendezett minta strukturálni szándékozott 316 hordozóján lévő 313 film felületének síkjával. A tekintett kiviteli alaknál a 301 nyalábok által kijelölt fényútban a 325-1 fényintenzitás-detektor és a 322 tárgyasztal között fényáteresztő 323 elem van elrendezve. A fényáteresztő 323 elemet jellemzően a megvilágítás hullámhosszán, célszerűen az UV tartományban átlátszó pl.
1903410
-25kvarclap képezi, melynek geometriai paraméterei (pl. annak vastagsága) a szakember által egyszerűen meghatározhatóak.
A 312 kolloidgömb-monoréteg gömbsorai és a megvilágításra használt interferenciamintázat illesztése a 312 kolloidgömb-monorétegről visszaverődött fény detektálásával történik, amit a 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorokkal végzünk. Speciálisan, a 325-1 fényintenzitás-detektor a 312 kolloidgömb-monorétegről a fényútba közvetlenül visszaverődött és gyakorlatilag a gömbök felületén fennálló fényintenzitás-eloszlást detektálja és alakítja elektromos jelekké, míg a 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorok a 312 kolloidgömb-monorétegről a fényútba, majd az abban elrendezett fényáteresztő 323 elemről a 322 tárgyasztal melletti térrészekbe közvetett módon visszaverődött fény 302 nyalábjainak intenzitáseloszlásait detektálják és alakítják elektromos jelekké. A bemutatott összeállításban a 312 kolloidgömb-monoréteg gömbsorai és a megvilágítást szolgáló interferenciamintázat illesztése akkor tökéletes (és vezet ily módon a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia alapját képező maximális mértékű közel-térbeli intenzitáserősítéshez), ha (i) a 312 kolloidgömb-monorétegről visszaverődött és az interferenciamintázat feloldására alkalmas 325-1 fényintenzitásdetektor által felfogott nyalábok együttes eredő intenzitása maximális és az interferenciamintázat (7^-7^)/(7^+7^) összefüggéssel definiált láthatósága szintén maximális (itt lmax és lmín rendre az interferenciamintázat csíkrendszerének maximális és minimális intenzitását jelölik; az interferenciamintázat a CCD kamerákban alkalmazott chipek méretének és a csíkrendszer periódusának egymáshoz viszonyított megfelelő aránya mellett láthatóvá is válik), továbbá emellett (ii) az oldalsó 325-2, 325-3 fényintenzitás-detektorok maximális nagyságú és szimmetrikus fényintenzitás-eloszlást jeleznek. A 322 tárgyasztal (és ezzel együtt a minta) pozíciójának 324 transzlátorok segítségével történő finombeállítása addig zajlik, amíg a fenti (i) és (ii) kritériumok egyidejűleg nem teljesülnek. A 320 vezérlőegység a 325-1, 325-2 és 325-3 fényintenzitás-detektorok elektromos jeleit folyamatosan monitorozza és azok változásai alapján a 324 transzlátorokhoz megfelelő értelmű vezérlőjeleket küld, melyek ezen vezérlőjelekre válaszul a 322 tárgyasztal megvilágító interferenciamintázathoz viszonyított pozícióját precíziós lépésekben mindaddig változtatják, amíg a tökéletes illesztettség elérésre nem kerül. Megjegyez
1903410
-26zük, hogy nem tökéletes illesztettség esetén a mintázat kontrasztossága sem lesz tökéletes; ha az interferenciamintázat és a kolloidgömbök sorai nincsenek irányban, akkor nemkívánatos strukturálás következhet be, amelynél az interferenciamintázat a gömböket különböző mintázatokban a kívántnál nagyobb periódussal találhatja el.
Az 5B ábrán szemléltetett in-situ elvű illesztéssel szemben az 5C ábra egy olyan lehetséges másik illesztési módszert ábrázol vázlatosan, ahol az illesztettség elérésének meghatározása nem in-situ módon történik. Amint azt az 5C ábra mutatja, ebben az esetben egy, a bejövő nyalábok átfedése után lévő tetszőleges síkban elhelyezett, a fényáteresztő 323 elem mintára néző felületére fényérzékeny anyag (célszerűen valamilyen fotoreziszt anyag) 329 rétege van felhordva. Az illesztettség detektálása jelen esetben azon alapul, hogy a 329 réteg síkjában a két megvilágító 301 nyaláb és a 312 kolloidgömb-monorétegről visszaverődött 302 nyalábok együttes eredő fényintenzitása az alkalmazott fényérzékeny anyag fotokémiai átalakulásához szükséges küszöbértéket csupán az áthaladó bejövő és visszavert nyalábokból eredő interferenciamintázat maximális láthatósága esetében éri el, annak maximumhelyein. Ennek megfelelően a fényérzékeny anyag 329 rétegében csak akkor jelenik meg az interferenciamintázat (illetve annak speciális hatása), ha a 312 kolloidgömb-monoréteg gömbsorai és a megvilágítást szolgáló interferenciamintázat illesztettsége tökéletes.
Itt kívánjuk megjegyezni, hogy sok-nyaláb interferenciával előállított megvilágítás esetén a kolloidgömb sorok és a térben modulált intenzitáseloszlás illesztése az 5B és 5C ábrákon vázolt összeállításokhoz hasonló összeállítások segítségével érhető el. Ilyen esetben azonban a strukturálni szándékozott mintát tartó tárgyasztal körül a szimmetria rendje által meghatározott számú fényintenzitásdetektort szükséges elrendezni. Az alkalmazandó fényintenzitás-detektorok számát és azok tárgyasztal körüli pozícióját a sok-nyaláb interferenciával előállított megvilágítás szimmetriaviszonyai határozzák meg. Közelebbről tekintve, a fényintenzitás-detektorok szükséges minimális száma általában megegyezik a kapott interferenciamintázat szimmetriájának rendjével. Az egyes fényintenzitásdetektorokat az interferenciamintázat szimmetriatengelyei mentén célszerű elhelyezni oly módon, hogy minden egyes szimmetriatengely mentén a minta két oldalán egy-egy detektor legyen.
1903410
-27A 6A-9F ábrák különböző típusú (fém, dielektrikum) kolloidgömb-monorétegek lineárisan polarizált fénnyel, két-nyaláb interferenciával nyert térben modulált intenzitáseloszlású megvilágításának eredményeként kapott 100 nm nagyságrendű skálán periodikusan változó intenzitásmodulációkra vonatkozó szimulációs eredményeket szemléltetnek. A szimulációt a kereskedelmi forgalomban beszerezhető COMSOL programcsomag [forgalmazó: Gamax Kft.] RF moduljával végeztük, olyan speciális 3D modellt alkalmazva, amely lehetővé teszi a végtelen kiterjedésűnek feltételezett kolloidgömb-monoréteg több, tetszőleges hullámhoszszú és polarizációjú, tetszőleges tfl) beesési szögben beérkező nyalábbal történő megvilágítását. A szimulációval a gömbök mögötti síkokon, vagyis a strukturálni szándékozott hordozó felületén jelentkező időben átlagolt elektromos mezőt vizsgáltuk. Ennek ismeretében meghatározható a kolloidgömbök által eredményezett intenzitásnövekedés, továbbá a laterális intenzitáseloszlás alapján megjósolható a létrehozható nano-objektumok mérete és várható finomszerkezete is. A numerikus számítások során az interferenciamintázat és a kolloidgömb-monoréteg tökéletes szinkronizáltságát biztosítottuk.
A 6A-9F ábrák aranyból (A, B, D, E) és polikarbonátból (C, F) készített filmen elrendezett arany (6A-6F, 7A-7F és 9A-9F ábrák), valamint kvarc (8A-8F ábra) kolloidgömb-monorétegek lineárisan polarizált fénnyel való megvilágítás intenzitáseloszlására gyakorolt hatásának szimulációs eredményeit ábrázolják a megvilágító fénynyaláb haladási irányában a strukturálni szándékozott hordozófelületen. A 10A-10F ábrák aranyból (A, B, D, E) és polikarbonátból (C, F) készített filmen elrendezett kvarc kolloidgömb-monorétegek cirkulárisán polarizált fénnyel való megvilágítás intenzitáseloszlására gyakorolt hatásának szimulációs eredményeit szemlélteti. A 6A, 6D, 7A, 7D, 8A, 8D, 9A, 9D és 10A, 10D ábrák minden esetben referenciaként szolgálnak - azok ugyanolyan hullámhossz, polarizáció és kolloidgömbök esetén, aranyból kialakított hordozót feltételezve a merőleges megvilágítás hatását mutatják be két megvilágító nyaláb együttes intenzitásának megfelelően. A ferde beesésre vonatkozó B, C, E és F képeknél a vizsgált sík minden esetben merőleges a megvilágító fénynyalábok szögfelezőjének irányára, vagyis a beesési merőlegesre.
A merőleges beeséshez kapcsolódó ábrákról (6A, 6D, 7A, 7D, 8A, 8D, 9A, 9D és 10A, 10D ábrák) látható, hogy a közel-térbeli intenzitáseloszlás az arany és
1903410
-28a kvarc kolloidgömbök alatti területen maximális. Ez azt jelzi, hogy a tekintett kolloidgömbök a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással megvalósított mikrostrukturálás során mikrolencseként viselkednek.
Megjegyezzük, hogy a hordozó felületén kialakuló intenzitáseloszlás szimmetriája és karakterisztikus periódusai nem változnak, ha fémes hordozó helyett dielektrikumból készített hordozót használunk. A kolloidgömbök mögötti intenzitásnövekedés fémes hordozók fémgömbökön keresztül történő megvilágításakor nagyobb. A 6A-7F ábrák szerinti 250 nm átmérőjű fémgömbök lineárisan polarizált nyalábbal történő megvilágítása esetén a kolloidgömbök mögött kialakuló intenzitáseloszlás félértékszélessége, vagyis az eljárással létrehozható nanoobjektumok mérete dielektrikum hordozókon nagyobb. A 8A-8F ábrák szerint hasonlóképpen a 250 nm átmérőjű kvarcgömbök lineárisan polarizált nyalábbal történő megvilágítása esetén a kolloidgömbök mögött kialakuló intenzitáseloszlás félértékszélessége, vagyis az eljárással létrehozható nano-objektumok mérete a dielektrikum hordozókon valamivel nagyobb. A kisebb, pl. 100 nm átmérővel rendelkező fém kolloidgömbök (9A-9F ábrák) 532 nm hullámhosszú fénnyel történő megvilágítás mellett - hasonlóan a 6A-7F ábrákhoz - a fémhordozókon eredményeznek lényegesen kisebb félértékszélességgel jellemezhető intenzitáseloszlást, és tesznek lehetővé kisebb nano-objektum generálást. Fémhordozókon 400 nmes fénnyel való megvilágítás esetén (a 9E és 9F ábrákat összehasonlítva) szintén kisebb az elérhető nano-objektum méret. A megvilágításra használt fény 532 nmes hullámhosszán közel rezonáns méretű kolloidgömbök lényegesen nagyobb intenzitásnövekedést eredményeznek lényegesen kisebb félértékszélességgel, amint azt a 9B, 9C és 9E, 9F ábrák páronként! összehasonlítása bizonyítja. A 10. ábra szerint cirkulárisán polarizált fénnyel megvilágított 250 nm átmérőjű kvarcgömbök esetén a fémhordozókon az intenzitásnövekedés nagyobb, a FWHM pedig kisebb a 6A-6F és 7A-7F. ábrákhoz hasonlóan. Mindazonáltal a találmány szerinti, kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás fém és dielektrikum hordozók felületi strukturálására egyaránt alkalmas.
Lineárisan polarizált fénnyel történő megvilágítás esetén az intenzitáseloszlás a kolloidgömbök mögött dipoláris jellegű, melynek eredményeként, amint azt a 6A-6F, 7A-7F, 8A-8F és 9A-9F ábrák mutatják, a polarizáció (E-vektor) irányában kettős nano-objektumok alkotta finom szerkezet alakul ki. S-polahzált fény
1903410
-29nyel való megvilágítás az interferenciacsíkok mentén, míg P-polarizált fénnyel való megvilágítás az interferenciamintázatra merőlegesen eredményezi a kettős szerkezetet (8D-8F ábrák). Cirkulárisán polarizált fénnyel való megvilágítás esetén merőleges beesés mellett egy, a λ hullámhossztól, a kolloidgömbök d átmérőjétől, a kolloidgömbök és a hordozó anyagától függő kiterjedésű (a do paraméterrel jellemezhető szélességű) gyűrű mentén jelentkezik intenzitásmaximum, közvetlenül az interferenciamintázat maximumai mentén (I. a 10A-10F ábrákat).
Ugyanakkor O°-tól eltérő beesési szögben érkező nyalábok esetén a közvetlenül intenzitásmaximumok alá eső sorok mentén az interferenciamintázat véges laterális kiterjedésének következtében egy másodlagos struktúra jelenik meg. Minél kisebb a beesési szög, a szélesebb interferenciamaximumoknak köszönhetően annál nagyobb a megvilágított tartomány. A nagyobb kiszélesedés pedig lehetővé teszi a részlegesen megvilágított szomszédos gömbsorok alatt felmelegített szigetek kontrollált előhívását, az energiasűrűség hangolása pedig biztosítja a szigetek egymástól történő elválasztását. A másodlagos intereferenciamintázat laterális felhasadása a periódust meghatározó d(i) beesési szöggel és a kolloidgömbök d átmérőjével együttesen hangolható, továbbá az ennek hatására jelentkező másodlagos struktúra mértéke megfelelő anyagmegmunkálási (speciálisan ablációs) küszöb választásával kontrollálható.
A másodlagos szerkezet lényegesen eltérő síkbeli eloszlást mutat az interferenciamintázat és a kolloidgömb-monoréteg eltérő relatív orientációinál. Amenynyiben a kolloidgömböket például azok (I) vagy a (II) orientációja mellett világítjuk meg, a közvetlenül az interferenciamaximumok alatt elhelyezkedő d átmérőjű kolloidgömbök más elrendeződése/távolsága (az (I) orientációban ta) =d, míg a (II) orientáció esetén /lff) = 7Ϊ -d) következtében eltérő mintázatok alakulnak ki. Speciálisan, a megvilágítás geometriájától függő szimmetriájú mintázatok jelenhetnek meg, pl. két-nyaláb interferenciánál jellemzően lineárisan elrendezett „nanopillangók” (I. 6B, 6C, 6E és 6F ábrákat) vagy hexagonálisan elrendezett „nanovirágok” (I. 7-10. ábra B, C, E és F képeit) periodikus rendszere. Nagyobb méretű kolloidgömbökkel történő strukturálás esetén ezen nano-objektumok nagyobbak és ezzel egyidejűleg egymástól távolabb is helyezkednek el (amint az a 6A-6F és 7A-7F ábrák rendre 9A-9F ábrákkal való összevetése alapján nyilvánvaló).
1903410
-30A 6B, 6C és 6E, 6F ábrákon a p paraméter hangolását szemléltetjük (I) orientációban, 250 nm átmérőjű arany kolloidgömbök 532 nm hullámhosszú Spolarizált fénnyel való megvilágítása mellett (ötp =0°). A két beeső nyaláb egymással bezárt 2Θ szögének hangolása mellett rendre az m=2 és m=5 eseteket mutatjuk be. Amint az a 6E és 6F ábrákról leolvasható, nagyobb p periódusnál a kiterjedtebb interferenciamaximum következtében az elektromágneses tér jelentős növekedése nem csupán a centrálisán megvilágított gömbsor alatt jön létre, hanem kisebb mértékben az azzal párhuzamos, mellette elhelyezkedő két további gömbsor alatt is. A nano-objektum sorok mentén egy másodlagos szerkezet figyelhető meg, míg az egyes kolloidgömbök alatt az intenzitás vertikálisan dipoláris eloszlást mutat. Jelen példában tehát a szinergikus hatás eredményeként kialakuló finomszerkezetet a vertikálisan egymás alá rendeződő „nano-pillangók” jelentik.
A 7B, 7C és 7E, 7F ábrkon a fenti hullámhossz mellett S-polahzált fénnyel a (II) orientációban m=2 és m=3 eseteknek megfelelő szögeket beállítva megfigyelhető, hogy a p periódus a Θ beesési szöggel hangolható, azonban ezen geometriában az (I) orientációban kapott mintázattól jelentősen eltérő mintázatot kapunk, mivel =30°. Az interferenciamaximumok kiterjedése halovány, illetve hangsúlyos hexagonális másodlagos háttérmintázat megjelenését eredményezi, az interferenciamintázat mentén vertikális orientációjú dipoláris maximumokkal. A másodlagos mintázat intenzitásának növelése jelen esetben is a p periódus növelésével (a Θ beesési szög csökkentésével) történhet, azonban már kisebb Θ beesési szögeknél jelentkezik. Jelen esetben a szinergikus hatás eredményeként megjelenő finomszerkezetet a vertikálisan egymás alá rendeződő „nano-virágok” jelentik.
A 7B, 7C ábrákon az interferenciamaximummal az m=2-nek megfelelő beesési szögben megvilágított, /,ff’ = ^3-d távolságra elhelyezkedő kolloidgömbök alatt jól definiált kettőződés (do) figyelhető meg. Ugyanakkor a maximumok mentén az előbbi gömböktől vertikálisan t = j3-d/2 távolságra elhelyezkedő két gömb alatt ugyancsak kisebb intenzitásnövekedés jelentkezik. A 7E, 7F ábrák az m=3nak megfelelő beesési szög esetét mutatják, ahol az interferenciamaximummal megvilágított tai) =yÍ3-d távolságra lévő gömbök alatt jól definiált kettőződés (do) figyelhető meg, azonban nem csupán a közöttük vertikálisan t = j3-d/2 távolság
1903410
-31 ra elhelyezkedő két gömb szélei alatt lép fel további jelentős intenzitásnövekedés, hanem a mellettük laterálisán d távolságra lévő gömbök alatt is. Ennek megfelelően a strukturálás itt is végrehajtható.
A 8B, 80 ábrák (δ^ = 30°) és a 8E, 8F ábrák (δ^ =60°) 250 nm átmérőjű kvarc kolloidgömbök esetén, m=2-nek megfelelő beesési szög mellett (azaz a 7B, 70 ábrákkal analóg megvilágításban) a polarizáció (II) orientációban kifejtett hatását szemléltetik. A 8B, 8C ábrák, valamint az S-polarizált nyalábokkal való megvilágítással nyert 7B, 7C ábrák összevetése alapján a szakember számára nyilvánvaló, hogy kvarcgömbök esetén mind a másodlagos, mind pedig a finomszerkezet sokkal kevésbé kontrasztos, utóbbi pedig kevésbé centrált. A 8B ábrán az interferenciamaximummal megvilágított kolloidgömbök alatt határozott kettőződés figyelhető meg a polarizáció irányában vertikálisan. A kolloidgömbök között vertikálisan t = 43-d!2 távolságban elhelyezkedő két gömb alatti analóg kettőződés a kolloidgömbök széleinek közelében alakul ki, kisebb intenzitásnövekedés mellett. A 8C ábráról ugyanakkor leolvasható, hogy dielektrikumból lévő hordozón kvarc kolloidgömbök monorétegét elhelyezve az egyes gömbök alatt megfigyelhető ugyan kis kontraszttal kettőződés, azonban a végeredmény a két-nyaláb interferenciával létrehozott periodikus csíkrendszertől alig különbözik. Ez egyértelműen bizonyítja, hogy a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárás végrehajtása szempontjából a fém, speciálisan Au kolloidgömbök alkalmazása lényegesen előnyösebb.
A 8B, 80 és 8E, 8F ábrákat rendre egymással összehasonlítva látható, hogy P-polarizált megvilágító nyalábok alkalmazása esetén a kolloidgömbök mögötti síkon kialakuló intenzitáseloszlás, és ennek megfelelően a tekintett síkkal egybeeső hordozófelületen abláció útján adott esetben létrehozott mikrostruktúra jellege alapvetően változik. Továbbmenve, a maximumhelyek kettőződése is az interferenciacsíkra merőlegesen lép fel, azaz a finomszerkezet merőleges az interferenciamintázatra.
A 9A-9F ábrák egy kisebb, 100 nm nagyságú kolloidgömb-átmérő hatását illusztrálják. A 9B, 9C ábrákon a 7E, 7F ábrákhoz hasonlóan (II) orientáció mellett 532 nm hullámhosszú, S-polarizált fénnyel végrehajtott megvilágítás szimulációs eredményei láthatók. A 100 nm-es (I. 9A-9C ábrákat) és a 250 nm-es (I. 7D-7F áb
1903410
-32rákat) átmérőre vonatkozó ábrák összevetése bizonyítja, hogy a geometriai p, a és d0 paraméterek az alkalmazott kolloidgömbök méretével is hangolhatóak. Kisebb kolloidgömb d átmérő esetén valamennyi karakterisztikus méret kisebb lesz, ugyanakkor a másodlagos szerkezet relatíve több szomszédos gömb alatt jelentkezik.
A 9B, 9C és 9E, 9F ábrák eltérő, rendre 532 nm és 400 nm hullámhosszú megvilágító fény alkalmazásával nyert intenzitáseloszlásokat szemléltetnek a megvilágító nyalábok által bezárt szög m=4 értéke mellett. A tekintett képeken megfigyelhető, hogy - különösen fémből lévő hordozó esetén - az intenzitásnövekedés az arany 532 nm-es rezonancia hullámhosszán sokkal nagyobb mértékű. A nem-rezonáns 400 nm-es fénnyel történő megvilágítás hatására a kevésbé intenzív közel-térben keletkező nano-objektumokon belüli két intenzitáscsúcs között a távolság azonban nagyobb, ami a gyakorlatban olyan alkalmazások esetén lehet előnyös, melyek nano-plazmonikus rendszerek csatolásán alapulnak. A különbség polikarbonát hordozó esetén is megfigyelhető, azonban az eltérés nem olyan jelentős. Anélkül, hogy mélyebb elméleti fejtegetésekbe bocsátkoznánk, úgy véljük, mindez annak következménye, hogy a fém kolloidgömbök mögötti intenzitáseloszlást alapvetően befolyásolja az, hogy a kolloidgömb-monoréteg az adott fémre jellemző rezonáns hullámhosszon van-e megvilágítva. Amennyiben az alkalmazott monoréteg egyes kolloidgömbjei aranyból vannak, az 532 nm hullámhosszú fénnyel való megvilágítással a rezonanciától távoli 400 nm hullámhosszú fénnyel történő megvilágításhoz képest még nemrezonáns gömbméretek mellett is hatékonyabb strukturálás érhető el. A 100 nm átmérőjű arany kolloidgömböket 400 nm hullámhosszú fénnyel megvilágítva - mivel nem rezonánsak az általuk létrehozott elektromágneses mező intenzitása lényegesen kisebb lesz.
A 10. ábrán cirkulárisán polarizált fény hatását mutatjuk be. A finomszerkezet az interferenciamaximumok alatt jelentkező körszimmetrikus „nano-gyűrűkből” áll, míg a másodlagos mintázat - ami az interferenciamaximumok véges kiterjedése miatt jelentkezik - „nano-félholdakat”, egyenetlen intenzitáseloszlású köríveket tartalmaz. A 10. ábra B, C képei a 250 nm átmérőjű kvarc kolloidgömbök 6E és 6F ábráknak megfelelő (I) orientációban való megvilágítására vonatkozó szimulációs eredményeket ábrázolják a megvilágító nyalábok m=5-nek megfelelő beesési szöge mellett. Ugyanakkor a 10. ábra E, F képei a 250 nm átmérőjű kvarc kolloid
1903410
-33gömbök monorétege 7E, 7F ábráinak megfelelő, azaz (II) orientációban való megvilágítására vonatkozó szimulációs eredményeket szemléltetik két, m=3-nak megfelelő szögben beeső cirkulárisán polarizált megvilágító nyaláb esetén.
A találmány szerinti, mikrostruktúrák készítésére szolgáló eljárást a továbbiakban néhány konkrét 2D példán keresztül kívánjuk illusztrálni.
A találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással rendezett nano-objektum mintázatok hozhatóak létre különböző anyagok felületén (2D mikrostruktúrák létrehozása). A közvetlen megvilágítás eredményeként fémfilmeken pl. lyuksorok keletkeznek, míg többlépéses eljárással, pl. a különböző maszkokba beleírt lyukak fém párologtatásával nanorészecske-mintázatok készíthetőek.
A lézeres strukturálás során UV fény alkalmazása előnyös, mivel kisebb hullámhosszak mellett nagyobb laterális feloldás, azaz kisebb geometriai méretek érhetőek el. További karakterisztikus méretcsökkenést biztosít a rövid impulzusok használata, mivel fs-os impulzusok esetében a termálisan érintett tartományok mérete csökken. Az ablációs küszöböt jelentősen redukálja a megfelelő anyagú és geomethájú kolloidgömbök hatása. Optimális eredmény eléréséhez a gömbök mögötti maximális intenzitású síknak egybe kell esnie a strukturálni szándékozott minta felületével. Ezt megfelelő törésmutató-arányokkal és (pl. dielektrikumból készített) távtartókkal biztosíthatjuk.
1. példa
Schott katalógus szerinti NBK7 kódjelű optikai üvegből (koronaüvegből) készített hordozó felületén vákuumpárologtatással létrehozott Au-Ag bimetál rétegeken Langmuir-Blodgett technikával ömlesztett kvarc kolloidgömbökből monoréteget hozunk létre. Ezen rétegben, annak UV lézeres (λ = 266 nm, 10 ns) megvilágításával lyuksorok készíthetőek a bejövő lézernyaláb Fj = 100 mJ/cm2 energiasűrűségénél, a bejövő energiasűrűséget a D = 500 nm sugarú kvarc kolloidgömbök, a csúcsintenzitást tekintve 6,2-szer nagyobb értékre növelik számításaink szerint. Ugyanezen kolloidgömb-átmérő a λ = 800 nm-es hullámhossznál mintegy 2szeres intenzitásnövekedést eredményez, ami elősegíti az Au strukturáláshoz szükséges Fj = 400 mJ/cm2 küszöb elérését 100 fs-os impulzusokkal megvilágításkor. Kisebb D = 250 nm gömbátmérő esetén az λ = 532 nm-es hullámhosszú,
1903410
-3410 ns-os impulzussal besugárzásra meghatározott Fj = 1000 mJ/cm2 Au ablációs küszöb is elérhető az 5-szörös intenzitásnövekedés eredményeként.
2. példa
NBK7 kódjelű optikai üvegből kialakított hordozó felületére párologtatott Au-Ag bimetál réteget alumínium-oxid/anodizált alumínium (AI2O3) filmmel vonjuk be. Az így nyert multirétegen kvarc kolloidgömb-monoréteget hozunk létre LangmuirBlodgett technikával. Maszk készítéséhez az AI2O3 rétegben lyuksorokat alakítunk ki UV lézeres (λ = 266 nm, 10 ns) megvilágítással Fj= 100 mJ/cm2 energiasűrűség mellett, amit az D = 500 nm sugarú kvarc kolloidgömbök - számításaink szerint 6,2-szeresre növelnek. A kapott lyuksorok fémréteggel való párologtatását követően az AI2O3-tartalmú réteget NaOH oldattal eltávolítjuk. A visszamaradó nanorészecske mintázat alakját további lézeres besugárzással, olvasztással szükség szerint módosítjuk.
A találmány szerinti, kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással létrehozható komplex mikrostruktúrákat jellemző geometriai paraméterek egymástól függetlenül hangolhatóak, így ezen módszerrel olyan új típusú mikrostruktúrákat alakíthatunk ki, amelyeknél többszintű spektrum-módosítás valósítható meg. Fém vékonyrétegek használata esetén a 200 tömbanyag spektrumának kialakításánál jelentős szerephez jutnak a plazmonikus jelenségek. Abban az esetben, ha pl. az így létrehozott nano-objektum plazmon rezonanciafrekvenciájának megfelelő hullámhossz megegyezik az ilyen objektumokból felépített mintázat periódusával, a spektrumban abszorpciós maximumok/minimumok lesznek megfigyelhetőek a tekintett hullámhosszon, attól függően hogy nanorészecskékről vagy nanolyukakról van-e szó. Ezen jelenség mögött - anélkül, hogy mélyebb elméleti fejtegetésekbe bocsátkoznánk - a fém-dielektrikum határfelületen a nanoobjektumok körül gerjesztett lokalizált plazmonok, továbbá a belőlük létrejövő periodikus mintázaton, mint rácson, szóródó terjedő fotonikus és plazmonok csatolódása áll.
A 11 (a)-11 (c) és 12(a)-12(c) ábrák az előzőekben részletesen tárgyalt geometriai paramétereknek a találmány szerinti kombinált interferenciakolloidgömb litográfia eljárással strukturált 45 nm vastagságú arany fémfilmek (gyakorlatban megmérhető) spektrumaira kifejtett hatásait szemléltetik. A fémfii
1903410
-35mek strukturálása az egyes spektrumok mellett (egymás alatt elrendezve) látható 2D geometriákban történik. A korábban pl. a 2(a)-2(d) ábrák kapcsán részletezett módon, a fémfilmeken nano-objektumokként jelen esetben speciálisan nanolyukakat alakítunk ki.
A 11 (a)-11 (c) ábrák szerinti (I. első oszlop) „abszorpciós” spektrumok egyértelműen mutatják, hogy a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással kialakított, például megfelelő szimmetriájú és geometriai paraméterekkel rendelkező nanolyukak mintázatával ellátott fémfilmek abszorpciós spektrumának szélsőértékhelyei jól hangolhatóak. Ennek megfelelően a találmány szerinti eljárással készített fémfilmeket felhasználhatjuk például szelektív (bio)szenzorok érzékelőelemeinek kialakítására, hiszen a tekintett fémfilmek abszorpciós tulajdonságai előnyösen hozzáigazíthatóak egy detektálni szándékozott objektum (pl. egy specifikus biomolekula) abszorpciós maximumához.
A lyukak felületére normalizált transzmissziót ábrázoló 12(a)-12(c) ábrákból (I. első oszlop) kiolvasható, hogy a lyukak mintázatával strukturált fémfilmek ún. extraordináhus transzmissziót (EOT) eredményeznek, vagyis az így nyert fémfilmek felhasználásával készített elemeket optikailag aktív elemként is alkalmazhatjuk. A strukturált fémfilmek ezen utóbbi tulajdonsága annak köszönhető, hogy az egyes nanolyukakban lokalizált plazmonok gerjeszthetőek, amelyek csatolódnak az összefüggő fémfilmen terjedő plazmonokkal, amint azt T.W. Ebbesen és munkatársai jelezték (további részletek megtalálhatók: Nature 391, 667-669. oldalak (1998)). Megjegyezzük, hogy a bemutatott spektrumok ún. közel-tér („nearfield”) spektrumok, amelyek a nano-objektum mintázatok közel-terében numerikus módszerrel kerültek meghatározásra. Ennek következtében - mintázattól függetlenül - az arany azon hullámhosszán, ahol a dielektromos állandó valós és képzetes részének abszolút értéke megegyezik (509 nm-en), a transzmisszióban megjelenik egy vékonyfilmekre jellemző csúcs.
A 11 (a)-11 (c) és 12(a)-12(c) ábrák egyes grafikonjain levegőbeli (szaggatott vonal), illetve hordozóval megegyező törésmutatójú közegbeli (folytonos vonal) megvilágítás eredményeinek az összehasonlítása látható. A szóban forgó ábrákról az is látható, hogy az abszorpciós maximum és az EOT helye a lyukat kitöltő és a fémfilm felett elhelyezkedő közeg törésmutatójával finoman még tovább hangolható. Az adott hullámhosszon tekintett áteresztés mértéke a közeg törésmutatójával
1903410
-36kontrollálható, ami lehetővé teszi a lyukakat tartalmazó filmek, mint optikai kapcsolóelemek működését.
A terjedő és lokalizált plazmonok csatolásának eredményeként jelentkező abszorpciós és EOT maximumok az adott lyukmintázat karakterisztikus periódusával hangolhatóak, ami a találmány szerinti kombinált interferencia-kolloidgömb litográfia eljárással lényegében tetszőlegesen kézbentartható.
Összegzés
A találmány szerinti új módszer egyik lényeges előnye abban rejlik, hogy alkalmazásával előre meghatározott abszorpciós spektrummal rendelkező mikrostruktúrák állíthatóak elő viszonylag nagy (~dm2) felületeken. Speciálisan, az előzetesen megszabott geometriának megfelelő periodikus struktúra legalább egy térbeli irányban legalább néhány ezerszer ismétlődik.
Emellett a találmány szerinti módszer lehetőséget nyújt a periodikus felépítésű struktúrák valamennyi lényeges geometriai paramétere (2D esetben a nanoobjektumok kolloidgömbök átmérője, hullámhossz és intenzitás által meghatározott a mérete, a kolloidgömbök monorétege és az interferenciamintázat relatív orientációja által meghatározott r(,) (/ = I, II, ...) távolság, valamint a hullámhossz és beesési szög által meghatározott pf (i = I, II, ...) periódus; 3D esetben pedig az a méret, a r(,) (/ = I, II, ...) távolság, a pf (j = I, II, ...) periódus, valamint a hullámhossz és pf periódus által meghatározott Df Talbot-távolság) kézbentartására, és így tulajdonképpen az abszorpciós/emissziós spektrum előre meghatározott módon történő kialakítására/módosítására. Az így kialakított mikrostruktúrák objektumai adott esetben egy polarizációtól függő, a további do paraméterrel skálázott belső finomszerkezettel is rendelkezhetnek, ami a spektrum előre meghatározott módosításánál egy további szabadsági fokot jelent. A találmány szerinti új módszerrel előállított mikrostruktúrák spektrumában mindezek eredményeként rendkívül keskeny (azaz kis FWHM-gel jellemzett) gerjesztési csúcs(ok) jelentkezik/jelentkeznek. így a tekintett struktúrák a csúcs(ok)nak megfelelő energiá(ko)n különösen nagy hatásfokkal abszorbeálnak, vagyis az őket érő gerjesztések ezen energiá(ko)n jelentkező igen szelektív elnyelésére képesek.
1903410
-37Ezen utóbbi tulajdonságuk miatt az egyedi spektrális tulajdonságokkal rendelkező, találmány szerinti eljárással létrehozott mikrostruktúrák a gyakorlati élet számos területén felhasználhatóak. A teljesség igénye nélkül azok például új típusú szelektív és nagyérzékenységű bio-szenzorok szenzoranyagaként hasznosít5 hatók: a detektálni szándékozott (bio)molekula spektrumának ismeretében specifikus, akár egyetlen molekula detektálására is alkalmas szenzorfelületek tervezhetőek és állíthatók elő.
A találmány szerinti eljárással készített új típusú mikrostruktúrák egy lehetséges másik alkalmazási területét a 2D opto-elektronika jelenti: az egymáshoz kö10 zeli nano-objektumok multipólus csatolásának köszönhetően plazmon alapú jeltovábbítás válik lehetővé tetszőleges geometria mellett, igen nagy távolságokra.
Amint az a területen járatos szakember számára nyilvánvaló, a találmány szerinti új típusú mikrostrukturáló eljáráson és összeállításon számos módosítás hajtható végre anélkül, hogy ezzel a csatolt igénypontok által meghatározott oltal15 mi kör meghaladásra kerülne.
Claims (24)
1. Litográfiás eljárás hordozó mikrostrukturálására, ahol
- strukturálni szándékozott tartománnyal rendelkező hordozót biztosítunk,
- a szóban forgó tartományba kolloidgömböket felhordva kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) alakítunk ki, a kolloidgömb-monoréteg (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) adott geometriai szimmetriával rendelkezik, és
- a kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) megvilágítjuk, azzal jellemezve, hogy a megvilágítást térben modulált intenzitáseloszlású nyalábbal (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) végezzük, amivel a fényterjedés irányában a tekintett tartományban a kolloidgömb-monoréteg (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) mögött közel-tér effektus útján a nyalábintenzitás koncentrálásával a tekintett tartományban kívánt mintázat szerinti strukturálást hajtunk végre.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a strukturálás kívánt mintázatát a kolloidgömb-monoréteg (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) szimmetriáját és geometriai paramétereit, valamint a megvilágításra szolgáló nyaláb (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) modulációját jellemző szimmetria- és periodicitásparamétereket kombinálva alakítjuk ki.
3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a térben modulált intenzitáseloszlású nyalábot (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) és a kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) egymáshoz képest orientálva a mintázat kontrasztosságát fokozzuk.
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a térben modulált intenzitáseloszlású nyaláb (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) és a kolloidgömbmonoréteg (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) relatív pozícióját változtatva a mintázat kontrasztosságát maximalizáljuk.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a térben modulált intenzitáseloszlású nyaláb (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) intenzitásbeli szélsőértékhelyeit a kolloidgömb-monoréteg (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) geometriai szimmetriairányai egyikével illesztjük.
1903410
6. A 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a térben modulált intenzitáseloszlású nyaláb (301, 302) és a kolloidgömb-monoréteg (312) illesztését a kolloidgömb-monorétegről (312) reflektálódó modulált intenzitáseloszlású nyaláb diffrakciós rendjei vizsgálatával végezzük.
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hordozó strukturálni szándékozott tartományában a kolloidgömb-monoréteg (12) kialakítását megelőzően egy vagy több fém vékonyréteget (14) alakítunk ki, amivel a közel-tér intenzitáserősítő hatását tovább fokozzuk.
8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a strukturálást ablációval és/vagy fotokémiai maratással végezzük.
9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a strukturálással a hordozó tekintett tartományában legalább két egymásra ortogonális irányban eltérő mérettartományba eső térbeli periódusú mikrostruktúrát alakítunk ki.
10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hordozó tekintett tartományaként síkbeli (2D) tartományt választunk.
11. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hordozó tekintett tartományaként térbeli (3D) tartományt választunk.
12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a térben modulált intenzitású nyalábot (10, 11; 110; 201, 201”; 301) két-nyaláb interferencia, sok-nyaláb interferencia, koherens optikai leképezés és koherens diffrakció egyikével állítjuk elő.
13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy polarizált fényt használunk.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kolloidgömbök anyagául fémet vagy dielektrikumot használunk.
15. Litográfiás eljárás hordozó mikrostrukturálására, ahol
- strukturálni szándékozott céltartománnyal rendelkező hordozót biztosítunk,
- a tartományba kolloidgömböket felhordva kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212. 212’, 212”; 312) alakítunk ki, ahol a kolloidgömb-monoréteg (12; 112; 212, 212’, 212; 312) adott geometriai szimmetriával rendelkezik, és
- a kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212, 212’, 212”; 312) megvilágítjuk, azza/ jellemezve, hogy interferencia-litográfíás strukturáló eljárás és kolloídgömblítográfiás strukturáló eljárás egymással kombináltan történő alkalmazásával térben modulált intenzitás-eloszlású megvilágító nyalábot (10, 11; 110; 201, 201”; 301, 302) és a hordozón elrendezett kolloidgömb-monoréteget (12; 112; 212, 212\ 212”; 312) használva a céltartományon/céltartományban felületi és/vagy térfogati objektumok periodikus mintázatát alakítjuk ki.
16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a megvilágító nyaláb (301) és a hordozón lévő kolloidgömb-monoréteg (312) szinkronizálását a tekintett mintázat kontrasztosságát monitorozva biztosítjuk.
17. A 15. vagy a 16. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mikrostruktúra objektumainak térbeli ismétlődése által meghatározott periódushossz legalább két egymásra ortogonális térbeli irányban egymástól eltérő mérettartományba esik.
18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a periódushossz legalább egy irányban az interferencia-litográfia karakterisztikus hosszparaméterét jelentő fényhullámhosszal (Λ) összemérhető.
19. A 18. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a periódushossz legalább egy irányban a kolloídgömb-lítográfia karakterisztikus hosszparaméterét jelentő kolloidgömb-átmérővel összemérhető.
20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a periódushossz a térbeli irányok egyikében a néhányszor 10-100 nm, míg legalább egy erre merőleges irányban a 100 nm - 1 pm nagyságrendbe esik.
21. A 15-20. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az objektumok karakterisztikus hosszparaméterét jelentő objektum-kiterjedés a diffrakciós limit alá esik.
Hllllllllil
SZTNH-100220392
1903410
22. A 21. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az objektumkiterjedés az 1-100 nm nagyságrendbe esik.
23. A 14-22. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a mikrostruktúrának a karakterisztikus hosszparaméterek mellett egy további, az
5 objektumok belső finomszerkezetét jellemző hosszparamétere (do) is van.
24. A 23. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a belső finomszerkezetet (d0) az interferencia-litográfia eljárás nyalábja (10, 11; 110; 201, 201”; 301) polarizációjának típusával, továbbá lineáris polarizáció esetén a polarizáció irányával hangoljuk.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU1100461A HU231027B1 (hu) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével |
| US14/240,170 US9291915B2 (en) | 2011-08-23 | 2012-08-23 | Lithographic method with the capability of spectrum engineering to create complex microstructures |
| PCT/HU2012/000078 WO2013027075A2 (en) | 2011-08-23 | 2012-08-23 | Novel lithographic method with the capability of spectrum engineering to create complex microstructures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU1100461A HU231027B1 (hu) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUP1100461A2 HUP1100461A2 (en) | 2013-02-28 |
| HU231027B1 true HU231027B1 (hu) | 2019-11-28 |
Family
ID=89990407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU1100461A HU231027B1 (hu) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9291915B2 (hu) |
| HU (1) | HU231027B1 (hu) |
| WO (1) | WO2013027075A2 (hu) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013004869B4 (de) * | 2013-03-21 | 2016-06-09 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Ausbildung einer Strukturierung an Oberflächen von Bauteilen mit einem Laserstrahl |
| US11148449B2 (en) * | 2015-06-12 | 2021-10-19 | Danmarks Tekniske Universitet | Photothermal modification of plasmonic structures |
| KR102421771B1 (ko) | 2015-07-06 | 2022-07-18 | 삼성디스플레이 주식회사 | 이방성 도전 필름 및 그 제조방법 |
| US10408752B2 (en) * | 2016-10-18 | 2019-09-10 | National Taiwan University | Plasmonic sensor |
| CN109119332B (zh) * | 2018-07-30 | 2022-07-22 | 长春理工大学 | 一种采用退火方法制备图案化有序双金属纳米粒子阵列的方法 |
| JPWO2021090705A1 (hu) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE408850T1 (de) * | 2001-04-10 | 2008-10-15 | Harvard College | Mikrolinse zur projektionslithographie und ihr herstellungsverfahren |
| GB0506895D0 (en) * | 2005-04-05 | 2005-05-11 | Plastic Logic Ltd | Ablation threshold adjustment by electroless plating |
| JP2007322503A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Disco Abrasive Syst Ltd | マイクロレンズアレイの製造方法 |
| CN100534892C (zh) * | 2007-05-23 | 2009-09-02 | 天津大学 | 球粒阵列辅助飞秒激光双光子聚合制备纳米阵列结构方法 |
| US8445188B2 (en) * | 2008-09-17 | 2013-05-21 | National Science Foundation | Process for formation of highly uniform arrays of nano-holes and nano-pillars |
-
2011
- 2011-08-23 HU HU1100461A patent/HU231027B1/hu unknown
-
2012
- 2012-08-23 US US14/240,170 patent/US9291915B2/en active Active
- 2012-08-23 WO PCT/HU2012/000078 patent/WO2013027075A2/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9291915B2 (en) | 2016-03-22 |
| US20140226139A1 (en) | 2014-08-14 |
| WO2013027075A3 (en) | 2013-08-08 |
| WO2013027075A2 (en) | 2013-02-28 |
| HUP1100461A2 (en) | 2013-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stoian et al. | Advances in ultrafast laser structuring of materials at the nanoscale | |
| Li et al. | Parallel laser micro/nano‐processing for functional device fabrication | |
| Seo et al. | Nanopatterning by laser interference lithography: applications to optical devices | |
| JP4986137B2 (ja) | ナノ構造体を有する光学素子用又はナノ構造体用成形型の製造方法 | |
| HU231027B1 (hu) | Komplex mikrostruktúrák készítésére szolgáló új litográfiás eljárás a spektrummódosítás lehetőségével | |
| Karim et al. | High-resolution and large-area nanoparticle arrays using EUV interference lithography | |
| Hu et al. | Bio-inspired hierarchical patterning of silicon by laser interference lithography | |
| Ahmed et al. | Printable ink lenses, diffusers, and 2D gratings | |
| Bahk et al. | Large‐Area Metal Gaps and Their Optical Applications | |
| US20110305994A1 (en) | Nano plasmonic parallel lithography | |
| König et al. | Reversible structuring of photosensitive polymer films by surface plasmon near field radiation | |
| Geng et al. | Quasicylindrical waves for ordered nanostructuring | |
| Gu et al. | Sub‐10 nm Au–Ag Heterogeneous Plasmonic Nanogaps | |
| Cui et al. | Low-temperature fabrication of single-crystal ZnO nanopillar photonic bandgap structures | |
| Liu et al. | Fabrication of hexagonal star-shaped and ring-shaped patterns arrays by Mie resonance sphere-lens-lithography | |
| Lee et al. | Simulation and Fabrication of Nanoscale Spirals Based on Dual-Scale Self-Assemblies | |
| Lai et al. | Fabrication of two-and three-dimensional photonic crystals and photonic quasi-crystals by interference technique | |
| Huang et al. | Generation mechanisms of laser-induced periodic nanostructures on surfaces of microgrooves | |
| Sipos et al. | Integrated lithography to prepare arrays of rounded nano-objects | |
| Guo | Dispersions and light-matter interactions in plasmonic lattices of different geometries | |
| Schmidt | Engineering of gold and aluminum plasmonic structures: Fabrication and fluorescence enhancement | |
| Kuznetsov et al. | Fabrication of Surface Grid by Method Interferential LCVD Nanolithography | |
| Zhang et al. | Fabrication of large-area 3D photonic crystals using a holographic optical element | |
| Lasagni | Exploring the Possibilities of Laser Interference Patterning for the Rapid Fabrication of Periodic Arrays on Macroscopic Areas | |
| Menezes et al. | Photonic crystals and plasmonic structures recorded by multi-exposure of holographic patterns |