Πρόσφατα, ο Weina Han, ο ακαδημαϊκός Jiang Lan και οι συνεργάτες του από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο του Πεκίνου δημοσίευσαν μια εργασία στο Advanced Materials που προτείνει μια τεχνολογία λιθογραφίας λέιζερ-διαμορφωμένης φάσης femtosecond μη-διαθλαστικής δέσμης.
Με την υπέρθεση της φάσης του αξονικού πρίσματος με τη φάση του φλεγόμενου πλέγματος, το λέιζερ femtosecond αναδιαμορφώνεται σε μια οιονεί-μη-περιθλατική δέσμη Bessel με βάθος πεδίου μεγαλύτερο από αυτό των στενά εστιασμένων ακτίνων Gauss κατά περισσότερο από δέκα φορές. Αυτό μειώνει την ανάγκη για εκ νέου εστίαση κατά την επεξεργασία και καταστέλλει την εστιακή μετατόπιση. Ο δυναμικός έλεγχος εκτροπής δέσμης επιτυγχάνει ακρίβεια έως και 7 νανόμετρα. Η επακόλουθη χημική επεξεργασία της μεταεπιφάνειας voxel, που σχηματίζεται από-περιοχές αλλαγής φάσης, επιτρέπει την ελεύθερη λιθογραφία-με μάσκα.
Αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή μιας συντονίσιμης μεταεπιφάνειας Ge2Sb2Te5 με δομικά χαρακτηριστικά έως και 9 νανόμετρα. Περαιτέρω επέτρεψε την κατασκευή και τον έλεγχο πολυλειτουργικών προγραμματιζόμενων συσκευών φωτονικής λογικής, επιδεικνύοντας ικανότητες επεξεργασίας υψηλής ακρίβειας-. Αυτή η προσέγγιση δημιουργεί ένα νέο παράδειγμα για την κατασκευή και τον έλεγχο ενεργών μεταεπιφανειών, προωθώντας την ανάπτυξη φωτονικών συσκευών επόμενης-γενιάς.
Femtosecond Laser Non-Beam Lithography-Beam Modulation μέσω Phase Modulation for Dielectric Metasurface Fabrication
Φάση-διαμορφωμένη λιθογραφία λέιζερ femtosecond χωρίς-διάθλαση-λιθογραφία για διηλεκτρική κατασκευή μετα-επιφανειών
Σχήμα 1 Φάση-διαμορφωμένη μη-μη διάθλαση-λιθογραφία δέσμης (PNDL) για κατασκευή διηλεκτρικής μεταεπιφάνειας.
Σχήμα 2 Σταθερότητα οιονεί-Bessel non-δημιουργίας δέσμης.
Σχήμα 3: Μελέτη ακριβείας κατασκευής της μεθόδου της μεθόδου -διαμορφωμένης μη διάθλασης- φάσης (PNDL).
Σχήμα 4: Λιθογραφία μεταεπιφανειών Ge2Sb2Te5 (GST) χρησιμοποιώντας τη μέθοδο-διαμορφωμένης φάσης χωρίς-μη διάθλαση-δέσμης (PNDL).
Εικόνα 5: Συσκευή Metasurface με διπλή-διαμόρφωση υπερπλέγματος GST.
Το πείραμα επικεντρώνεται στο -υλικό αλλαγής φάσης Ge2Sb2Te₅ (GST), αξιοποιώντας την αναστρέψιμη μετάβαση φάσης μεταξύ άμορφης και κρυσταλλικής κατάστασης. Χρησιμοποιώντας τεχνολογία διαμόρφωσης φάσης λέιζερ femtosecond, επιτυγχάνεται η προετοιμασία και ο έλεγχος των δομών μετα-επιφανείας. Με την υπέρθεση της φάσης αξονικού πρίσματος και της φάσης περιθλατικού πλέγματος μέσω ενός χωρικού διαμορφωτή φωτός, το λέιζερ femtosecond (515 nm) διαμορφώνεται σε μια οιονεί δέσμη-Bessel μη-διαθλαστικής. Εστιασμένη μέσω ενός αντικειμενικού διαφράγματος υψηλού αριθμητικού ανοίγματος, αυτή η δέσμη προκαλεί τοπική κρυστάλλωση στην επιφάνεια λεπτής μεμβράνης GST. Στη συνέχεια, η επιλεκτική υγρή χάραξη (διάλυμα TMAH) αφαιρεί μη κρυσταλλωμένες περιοχές ενώ διατηρεί τις κρυσταλλωμένες δομές, σχηματίζοντας μονάδες μετα-επιφανείας. Με τον έλεγχο παραμέτρων όπως η ενέργεια λέιζερ και το βήμα των εικονοστοιχείων, επιτεύχθηκε μοτίβο υψηλής ακρίβειας με δομικά πλάτη γραμμών έως και 270 nm και κενά έως 9 nm. Το διπλό-ορθογώνιο υπερπλέγμα GST επέδειξε πολλαπλές λειτουργίες λογικής πύλης κατά την πόλωση-διεγερμένου φωτός.
