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

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

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

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

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

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

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

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