Плазмонная нанолитография
Плазмонная нанолитография (также известная как плазмонная литография или плазмонная фотолитография ) [1] представляет собой нанолитографический процесс, в котором используются возбуждения поверхностных плазмонов , такие как поверхностные плазмонные поляритоны (SPP), для изготовления наноразмерных структур. SPP, которые представляют собой поверхностные волны , которые распространяются между плоскими слоями диэлектрика и металла в оптическом режиме, могут обойти дифракционный предел оптического разрешения , который является узким местом для традиционной фотолитографии .
Теория
[ редактировать ]
Поверхностные плазмон-поляритоны — это поверхностные электромагнитные волны , которые распространяются между двумя поверхностями с меняющими знак диэлектрической проницаемостью . Они возникают в результате взаимодействия фотонов с плазменными колебаниями , квантованными как плазмоны . SPP приводят к затухающим полям , которые затухают перпендикулярно границе раздела, где происходит распространение. Дисперсионное соотношение для SPP позволяет возбуждать волны короче, чем длина волны падающего света в свободном пространстве, дополнительно обеспечивая ограничение субволнового поля. Тем не менее, возбуждение СПП требует несоответствия импульсов; Методы соединения призм и решеток распространены. [2] В процессах плазмонной нанолитографии это достигается за счет шероховатости поверхности и перфорации. [1]
Методы
[ редактировать ]
Плазмонная контактная литография , модификация исчезающей литографии ближнего поля, использует металлическую фотомаску , на которой возбуждаются SPP. Подобно обычным процессам фотолитографии, фоторезист подвергается воздействию SPP, которые распространяются из маски. Фотошаблоны с отверстиями обеспечивают решетчатую связь СЭС; поля распространяются только на нанометры. [1] [3] Шритураванич и др. экспериментально продемонстрировал процесс литографии с использованием двумерной маски из массива серебряных отверстий; Массивы дырок длиной 90 нм были изготовлены при длине волны 365 нм, что находится за пределами дифракционного предела. [4] Заяц и Смольянинов использовали многослойную маску из металлической пленки для улучшения субволновой апертуры ; такие структуры могут быть реализованы методами осаждения тонких пленок . отверстия-бабочки и нанозазоры . В качестве альтернативных отверстий также были предложены [1] Версия метода, названная Лю и др. «Нанолитография поверхностной плазмонной интерференции», использует картины интерференции SPP . [5] Несмотря на высокое разрешение и производительность, плазмонная контактная литография считается дорогим и сложным методом; Загрязнение вследствие контакта также является ограничивающим фактором. [1]
В нанолитографии с изображением планарных линз используются плазмонные линзы или с отрицательным преломлением суперлинзы , которые были впервые предложены Джоном Пендри . Многие конструкции суперлинз, такие как тонкая серебряная пленка Пендри или суперлинза Фанга и др., извлекают выгоду из плазмонных возбуждений, фокусируя компоненты Фурье падающего света за пределами дифракционного предела. [1] Чатурведи и др. продемонстрировал получение изображения хромовой решетки диаметром 30 нм с помощью фотолитографии серебряной суперлинзы при длине волны 380 нм, [7] в то время как Ши и др. смоделировали разрешение литографии 20 нм при длине волны 193 нм с помощью алюминиевой суперлинзы. [8] Шритураванич и др. разработала механически регулируемую парящую плазмонную линзу для безмасочной нанолитографии ближнего поля, [9] тогда как другой безмасочный подход Pan et al. использует «многоступенчатую плазмонную линзу» для прогрессивной связи. [10]
Плазмонное прямое письмо — это безмасочная форма фотолитографии, основанная на сканирующей зондовой литографии ; В этом методе используются улучшения локализованных поверхностных плазмонов (LSP) от встроенных зондов плазмонного сканирования для обнажения фоторезиста. [1] [11] Ван и др. экспериментально продемонстрировал ограничение поля длиной 100 нм с помощью этого метода. [12] Ким и др. разработала сканирующий зонд с разрешением ~50 нм и скоростью формирования рисунка ~10 мм/с. [13] Наночастицы золота и другие плазмонные наноструктуры, такие как нанозазоры, использовались в качестве масок для литографии; [6] [14] травление в этом случае может быть достигнуто либо с помощью принципов фотомаскирования [14] или усиленный локальный нагрев вблизи наноструктуры из-за резонансов ЛСП. [6] [15] [16] Лин и др. также использовали локализованные термические возбуждения в наночастицах золота для изготовления двумерных структур , таких как узорчатые монослои графена и дисульфида молибдена, в процессе, известном как «оптотермоплазмонная нанолитография». [17] Фотохимические эффекты резонансов ЛСП также использовались в качестве катализатора в литографических процессах: [18] Сайто и др. продемонстрировал селективное травление нанокубов серебра на подложках из диоксида титана методом плазмонно-индуцированного разделения зарядов . [19]
См. также
[ редактировать ]- Электронно-лучевая литография
- Наноимпринтная литография
- Наносферная литография
- Плазмонный метаматериал
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Се, Чжихуа; Ю, Вэйсин; Ван, Тайшэн; и др. (31 мая 2011 г.). «Плазмонная нанолитография: обзор». Плазмоника . 6 (3): 565–580. дои : 10.1007/s11468-011-9237-0 .
- ^ Марадудин Алексей Александрович; Сэмблс, Дж. Рой; Барнс, Уильям Л., ред. (2014). Современная плазмоника . Амстердам: Эльзевир . п. 1–23. ISBN 9780444595263 .
- ^ Шао, Д.Б.; Чен, Южная Каролина (2005). «Наноразмерная фотолитография с помощью поверхностно-плазмонного поляризованного света». Письма по прикладной физике (86): 253107. doi : 10.1063/1.1951052 .
- ^ Шритураванич, Верают; Фанг, Николас; Сунь, Ченг; и др. (2004). «Плазмонная нанолитография». Нано-буквы . 4 (6): 1085–1088. Бибкод : 2004NanoL...4.1085S . дои : 10.1021/nl049573q .
- ^ Лю, Чжао-Вэй; Вэй, Ци-Хо; Чжан, Сян (2005). «Поверхностно-плазмонная интерференционная нанолитография». Нано-буквы . 5 (5): 957–961. Бибкод : 2005NanoL...5..957L . дои : 10.1021/nl0506094 . ПМИД 15884902 .
- ^ Перейти обратно: а б с Чен, Хао; Бхуйя, Абдул М.; Дин, Цин; Джонсон, Харли Т.; Туссен-младший, Кимани С. (2016). «К планарным оптическим компонентам своими руками с использованием плазмонного травления» . Nature Communications (7): 10468. doi : 10.1038/ncomms10468 . ПМЦ 4737853 .
- ^ Чатурведи1, Пратик; Ву, Вэй; Логесваран, виджей; и др. (25 января 2010 г.). «Гладкая оптическая суперлинза». Письма по прикладной физике . 96 (4): 043102. Бибкод : 2010ApPhL..96d3102C . дои : 10.1063/1.3293448 .
{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Ши, Чжун; Кочергин Владимир; Ван, Фэй (2009). «Структура визуализации суперлинзы 193 нм для узла литографии 20 нм» . Оптика Экспресс . 17 (3): 11309–11314. Бибкод : 2009OExpr..1711309S . дои : 10.1364/OE.17.011309 . ПМИД 19582044 .
- ^ Шритураванич, Верают; Пан, Лян; Ван, Юань; Сунь, Ченг (12 октября 2008 г.). «Летающая плазмонная линза в ближнем поле для высокоскоростной нанолитографии». Природные нанотехнологии . 3 (12): 733–737. Бибкод : 2008NatNa...3..733S . дои : 10.1038/nnano.2008.303 . ПМИД 19057593 .
- ^ Пан, Лян; Пак, Ёншик; Сюн, И; Улин-Авила, Эрик (29 ноября 2011 г.). «Безмасочная плазмонная литография с разрешением 22 нм» . Научные отчеты . 1 (175). дои : 10.1038/srep00175 . ПМК 3240963 . ПМИД 22355690 .
- ^ Хельцель, Алекс; Теппакуттай, Сентил; Чен, Южная Каролина; Хауэлл, Джон Р. (6 декабря 2007 г.). «Поверхностное плазмонное наноструктурирование с помощью золотых наносфер». Нанотехнологии . 19 (2): 025305. doi : 10.1088/0957-4484/19/02/025305 . ПМИД 21817542 .
- ^ Ван, Юань; Шритураванич, Верают; Сунь, Ченг; Чжан, Сян (2008). «Плазмонный сканирующий зонд ближнего поля с высоким пропусканием». Нано-буквы . 8 (9): 3041–3045. Бибкод : 2008NanoL...8.3041W . CiteSeerX 10.1.1.862.5284 . дои : 10.1021/nl8023824 . ПМИД 18720976 .
- ^ Ким, Ёну; Ким, Сок; Юнг, Ховон; и др. (2009). «Плазмонная нанолитография с контактным зондом с высокой скоростью сканирования» . Оптика Экспресс . 17 (22): 19476–19485. Бибкод : 2009OExpr..1719476K . дои : 10.1364/OE.17.019476 . ПМИД 19997168 .
- ^ Перейти обратно: а б Уэно, Косей; Такабатаке, Сатоаки; Нисидзима, Ёсиаки; и др. (2010). «Поверхностная плазмонная нанолитография с использованием нанозазоров». Журнал физической химии . 1 (3): 657–662. дои : 10.1021/jz9002923 .
- ^ Федорук, Михаил; Мейкснер, Марко; Карретеро-Паласиос, Соль; Ломюллер, Теобальд (2013). «Нанолитография методом плазмонного нагрева и оптического манипулирования наночастицами золота». АСУ Нано . 7 (9): 7648–7653. дои : 10.1021/nn402124p .
- ^ Ван, Шуаншуан; Дин, Тао (2019). «Плазмонная наноструйная литография». Наномасштаб . 11 : 9593–9597. дои : 10.1039/C8NR08834A .
- ^ Лин, Линхан; Ли, Цзинган Ли; Ли, Вэй; Йогиш, Марути Н.; и др. (2018). «Оптотермоплазмонная нанолитография для создания моделей 2D-материалов по требованию». Передовые функциональные материалы . 28 (41): 1870299. doi : 10.1002/adfm.201803990 .
- ^ Тан, Че; Цинь, Чу; Сэдтлер, Брайс; Сэдтлер, Брайс (2017). «Светонаправленный рост металлических и полупроводниковых наноструктур». Журнал химии материалов C. 5 : 5628–5642. дои : 10.1039/C7TC00379J .
- ^ Сайто, Коитиро; Танабэ, Ичиро; Тацума, Тецу (2016). «Сайт-селективное плазмонное травление нанокубов серебра». Журнал физической химии . 7 (21): 4363–4368. doi : 10.1021/acs.jpclett.6b02393 .
