Peripheral Photoinhibition (PPI) Direct Laser Writing (DLW) ist eine Lithographietechnik, die zur Herstellung komplizierter 3D-Nanostrukturen verwendet wird, die in der Photonik und Elektronik weit verbreitet sind. PPI-DLW verwendet zwei Strahlen, einen, um das Substrat anzuregen und eine Polymerisation zu bewirken, und der andere, um die Anregung an den Rändern zu hemmen und zu löschen. Die Kapazität ist bei einigen Systemen begrenzt, was durch multifokale Arrays verbessert werden kann. Die Berechnung dieser Strahlen ist jedoch sowohl zeit- als auch speicherintensiv.
Kürzlich entwickelte eine Gruppe von Forschern der Zhejiang University ein paralleles Peripheral-Photoinhibition-Lithographiesystem (P3L), das eine effizientere Herstellung im Nanomaßstab erreichen kann. Ihre Arbeit ist veröffentlicht in Fortgeschrittene Photonik
„Das P3L-System verwendet zwei Kanäle, was die Ausführung verschiedener Druckaufgaben ermöglicht und es dem System ermöglicht, hochkomplexe Strukturen mit unterschiedlichen Periodizitäten herzustellen“, sagt Seniorautor Xu Liu.
Das P3L-System besteht aus einer physikalischen Anordnung von acht Modulen. Das System beginnt mit zwei Druckkanälen, bestehend aus einem Anregungsfestpunkt und einem ringförmigen Hemmungsstrahl. Die beiden Strahlen werden zunächst stabilisiert und dann mit einem Polarisationsfilter in zwei Teilstrahlen aufgeteilt. Dies ermöglicht die individuelle Ein-Aus-Steuerung jedes Teilstrahls durch einen akustisch-optischen Modulator. Als nächstes werden die beiden Teilstrahlen wieder kombiniert, um die Anregungs- und Hemmungsstrahlen wiederzuerlangen. Die Strahlen werden dann unter Verwendung von räumlichen Lichtmodulatoren moduliert. Schließlich werden die beiden Strahlen kombiniert und durch ein Mikroskop geleitet, wonach sie als zwei Punkte auf das Substrat fokussiert werden.
Die individuelle Steuerung jedes Teilstrahls ermöglicht das gleichzeitige Drucken von nicht periodischen und komplexen Mustern, ohne die Scangeschwindigkeit zu beeinträchtigen, wodurch die Effizienz des Systems verdoppelt wird. Die Einstellung der Position und Trennung der beiden Spots ist einfach. Diese Merkmale machen das vorgeschlagene System flexibler und funktioneller als herkömmliche Systeme mit einheitlicher Fokussteuerung.
Die Forscher bestätigten die Machbarkeit und das Potenzial des Systems durch die Herstellung einer Vielzahl von Nanostrukturen. Sie stellten zuerst einen 2D-Sub-40-nm-Nanodraht her. Ein unter 20 nm dicker suspendierter Nanodraht wurde ebenfalls hergestellt. Danach erstellten die Forscher zwei Reihen von Alphabetmustern, indem sie Punkte im Abstand von 200 nm druckten. Schließlich stellten sie 3D-Strukturen her, darunter nicht periodische kubische Rahmen, hexagonale Gitter, Drahtstrukturen und sphärische Architekturen, die alle eine außergewöhnliche Auflösung zeigten.
Die identische An-Aus-Steuerung jedes Fokus erhöht die Flexibilität des Systems und ermöglicht die schnelle Herstellung komplexer, nichtperiodischer Muster und Strukturen. Die parallele Abtastfunktion des Systems verringert auch die Zeitkosten, die zum Herstellen von großformatigen, komplexen Strukturen und Mustern erforderlich sind. Darüber hinaus erreicht das neue P3L-System eine doppelt so hohe Lithografieeffizienz wie herkömmliche Systeme, unabhängig davon, ob es sich um eine gleichmäßige oder komplexe Struktur handelt.
In Bezug auf das zukünftige Potenzial der Arbeit sagt Xu Liu: „Multifokus-Parallelscanning und PPI haben die Fähigkeit, die aktuellen Herausforderungen bei der optischen DLW-Fertigung zu überwinden und die Herstellung von Blaze-Gittern, Mikrolinsenarrays, mikrofluidischen Strukturen und Metaoberflächen zu verbessern. Das vorgeschlagene System könnte darüber hinaus die Realisierung von tragbaren, hochauflösenden DLW mit hohem Durchsatz erleichtern.“
Basierend auf diesen Ergebnissen ist klar, dass das vorgeschlagene P3L-System als nützliches Werkzeug für die Entwicklung einer breiten Palette von Bereichen dienen wird, die Nanotechnologie verwenden.
Mehr Informationen:
Dazhao Zhu et al, Direktes Laserschreiben, das die Beugungsbarriere durchbricht, basierend auf paralleler peripherer Photoinhibitionslithographie mit zwei Fokussen, Fortgeschrittene Photonik (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066002