超分辨近场结构之纳米光刻技术

超分辨近场结构(Super-RENS)是在传统的超分辨光盘技术和近场光学的基础上发展起来的新技术.介绍了超分辨近场结构的基本原理及其在纳米光刻方面的应用,拓展了超分辨近场结构的外延:在近场范围内,能实现超过衍射极限的纳米多层膜结构.局域表面等离子体效应在高密光存储、纳米光刻等纳米光子学研究领域具有重要的科学意义和应用价值.     

表面等离子体近场光刻制作二维纳米阵列

重点介绍了采用表面等离子体增强效应的近场光刻制作亚微米结构的二维点阵图形的技术。在研究亚波长纳米孔阵列超透射现象基本原理的基础上,应用有限差分时域(FDTD)算法数值模拟了周期性孔阵列的电场强度分布,讨论了纳米孔阵列所激发的表面等离子体激元提高近场光刻分辨率的微观机制。以金膜上的亚波长纳米孔阵列作为掩模版进行了接触式曝光实验,实际制作出了光刻胶的亚波长二维点阵图形,点阵图形的直径约为300nm,周期约为700nm。这种新型的微纳加工技术具有应用简单、成本低等特点,在大规模二维纳米点阵的制作方面有一定的应用潜力。     

表面等离子体透射增强提高光刻分辨率的模拟

讨论了表面等离子体透射增强现象在提高分辨率上的应用,数值模拟结果显示采用这种方法光刻的分辨率可以达到32nm。首先用FDTD法模拟了一维周期光栅结构的电场场强的分布,光栅模版具有三角形的脊,整个模版覆盖了一层Ag,然后讨论了三角形底角角度变化对透射率和分辨率的影响。当角度在57°～64°之间变化时,得出三角形脊部有透射增强现象产生,最大透射振幅是入射光的4.2倍,分辨率为(30±5)nm。因为凹槽部分透射光强度很小,因此具有很好的分辨率。通过对比周期和非周期边界条件模拟,三角形脊的形状是产生透射增强现象的原因。     

表面等离子体增强硅电池光吸收的研究进展

局域表面等离子体共振(LSPR)是光照射金属纳米粒子而引起金属内的自由电子发生集体共振使粒子周围的近场增强。将LSPR应用于太阳能电池,会使陷光效率大大增加,而同时降低表面复合损耗和电池基底的厚度要求。文章从粒子的大小、形状、阵列模式的周期及粒子周围的介电环境对太阳能电池的陷光的影响,介绍了基于LSPR性质的表面等离子体硅太阳能电池的陷光机理及其影响因素,对相应的研究做了系统的综述。     

用于近场高速纳米光刻的飞行等离子体透镜

纳米尺度器件的商业化,要求开发高生产能力的纳米制备技术,该技术应满足经常对设计的器件进行改进的需要。电子束刻蚀技术和扫描探针刻蚀技术等无掩模纳米光刻技术给予了人们期望,但是,这些技术的低生产能力使其在大规模应用上受到了限制。本文报道了一种新颖低廉、生产高效的无掩模纳米光刻途径,该技术使用一个在组成图案的表面上飞行的等离子体透镜阵列,聚焦短波长表面等离子体〈100nm的光斑。然而,这些纳米尺度的光斑仅仅在近场形成,很难在表面上高速地对阵列进行扫描。为了克服这一难题．设计了自适应间隙的空气轴承装置,飞行阵列恰好距圆盘20nm,旋转速度为4～12m／s,实验显示的图案线宽为80nm。该廉价的纳米制备方案有望获得比其它无掩模技术高出2-5个数量级的产量。     

光刻与微纳制造技术的研究现状及展望

首先介绍了微纳制造的关键工艺技术——光刻技术。回顾了光刻技术的发展历程,介绍了各阶段主流光刻技术的基本原理和特点。阐述了国内外对光刻技术的研究现状,并讨论了光刻与微纳制造技术面临的挑战及其需要解决的关键性技术问题。然后重点介绍了浸没光刻、极紫外光刻、电子束光刻、离子束光刻、X射线光刻、纳米压印光刻等技术的概念、发展过程和特点,并对不同光刻技术的优缺点和生产适用条件进行了比较。最后结合国内外生产商、工程师和研究学者的研究成果,对光刻技术的未来发展做出展望。     

纳米局域的飞秒光谱学和纳米光刻术

纳米电子学和光电子学方面的纳米物理和技术的进展与进入更小空间和时间尺度范围有关。为此需要纳米结构全新的制造方法和无损检验法。纳米物理的一个重要课题是发展能够用高的空间、时间和光谱分辨率来研究单个纳米结构、团族和分子的超快过程。因此我们讨论激光脉冲作用于扫描探针显微镜的探针 -衬底系统上的几个问题及与此有关的在纳米光学和纳米技术中的可能应用。首先讨论扫描探针显微镜的金属探针 -衬底系统中的局域等离子体振荡及其激光激发辅助问题 (参阅文献 [1,2 ]及其引用文献 )。如果针端至衬底的距离 d颇小于针的曲率半径 R,…     

高精度电子束光刻技术在微纳加工中的应用

对电子束光刻系统的原理以及在微纳加工领域的应用进行了讨论。首先对光刻系统的工作原理进行了阐述。然后讨论了电子束光刻的关键工艺,如光胶的选择、剥离工艺的优化以及邻近效应对图形的影响及修正方法。由于电子束光刻在科研领域展现了巨大的潜力,因此吸引了许多学者的注意。最后,举例介绍了电子束光刻在生物医学和硅光电子上的应用。     

基于钒的表面等离子体宽带广角红外光吸收器

探讨了基于金属钒亚微米结构的表面等离子体宽带广角红外光吸收器,它由置于表面涂覆介质层的金属钒衬底上方周期性排列的无限长钒条构成。使用有限元方法计算了其吸收谱,当P极化平面电磁波以小角度(小于20°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.60μm;当P极化平面波以大角度(小于50°)入射时,吸收率达到98%以上,波长为1.08～1.44μm;当P极化平面波以10°入射时,谐振峰(λ=1.54μm)的吸收率达到99.9%。此外,由于金属钒的熔点很高,基于金属钒的吸收器可用于强光高功率的场合。     

多元等离子体共振纳米结构的飞秒激光加工与拉曼检测应用

以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能。利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)软件模拟了不同情况下(单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构)的电场分布情况。根据仿真结果,相较于平面金属膜来说,飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强,集中在结构边缘处,且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外,使用浓度为10-4 M和10-6 M的罗丹明(R6G)溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明,单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现,而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号,双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应,从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列.结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍.杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应.蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场町以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

模拟分析具有表面等离子体效应的纳米光学天线及其阵列

基于时域有限差分方法,模拟分析了位于介质材料上的杆形和蝴蝶结形两种金纳米天线及杆形天线阵列. 结果表明天线近场光斑直径约可以达到波长的1/11,蝴蝶结形天线的光斑强度可以比入射光场增强91倍. 杆形天线阵列仍可以实现这种增强效应. 蝴蝶结形天线中光场增强最高可以达到28000倍,而且局域化的光场可以耦合到天线臂上的纳米颗粒.     

基于金属表面等离子体的光学器件

基于金属表面等离子体的光学器件受到了越来越多的关注.简述了金属表面等离子体的特性,介绍了几种基于金属表面等离子体的光学器件,并讨论了此类器件的发展和应用前景.     

等离激元共振增强多晶硅薄膜太阳电池性能研究

采用磁控溅射方法,在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子,利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR),对入射光中的可见光区域实现“光俘获”;采用UV-vis吸收光谱对LSPR进行了研究,结果表明,LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400～800 nm),并且,随着Au纳米粒子粒径的增大,LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”;同时,通过SERS表征,证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度;最后,多晶硅太阳电池的J-V特性曲线表明,当Au纳米粒子溅射时间为50 s时,多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8％,比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3％.     

基于声表面波的微型液滴雾化器技术

采用微细加工技术在127.8°YX型LiNbO3压电基底上制造出周期为400μm的铜叉指结构的微型雾化器。该雾化器利用声表面波(SAW)对液滴表面产生的表面张力波作用实现对液滴的雾化。对叉指结构(IDT)周期长度的确定和器件的制作工艺进行了详细说明。利用对液滴驱动速度的测定得出了该雾化器的实际中心频率,并指出实际中心频率与理论值存在差异的原因。得出雾化微粒直径与叉指结构周期之间的关系,并计算得出在施加驱动频率为10.1MHz、功率为24W的电信号时,其雾化颗粒直径为2.61μm,雾化速度达到了1μL/s。     

金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池光电转换效率的研究进展

介绍了应用金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池效率的最新研究进展。表面等离子体激元的激发取决于纳米结构的材料、尺寸、形状、密度、和周围的电介质环境等参数。调控这些参数, 可以有效利用金属纳米结构增加有机太阳能电池活性层的光吸收, 同时金属纳米结构表面增强的电场可促进光激子解离为载流子。因此, 应用金属纳米结构的表面等离子体激元将是进一步增加有机太阳能电池的光电转换效率的重要方案。     

基于声表面波技术实现微通道内微流体的融合

提出了一种新的油相微通道内微流体融合方法.在128°YX-LiNbO3基片上光刻叉指换能器(IDT)和反射栅,模塑法制作的聚二甲基硅氧烷(PDMS)微通道贴合于压电基片的声路径上,在PDMS微通道内采用微量进样器注入石蜡油和待融合微流体.经功率放大器放大后的射频(RF)电信号加到IDT上,激发声表面波(SAW),驱动微通道内的待融合微流体,实现其融合.实验结果表明,在SAW作用下,微通道内微流体的融合决定于加到IDT上RF信号功率、待融合微流体直径和待融合微流体间距.     

基于SSP的双侧开口型金属光栅实现太赫兹波的场增强与紧聚焦

基于金属光栅结构的SSP色散曲线,本文设计了一种一侧均匀另一侧非均匀且中间开 口排布的铜带 光栅结构,用于在太赫兹波段实现紧聚焦和场增强。研究表明,当0.57 THz入射的平面 波经双侧开口型金 属光栅后,可产生明显的局域电磁场增强与紧聚焦效应,其中增强因子Q=59.9,紧聚焦焦斑的半高全宽 约为7.5 μm (1/70λ)。此外,将单个双侧开口型金属光栅视为一个独立的单元,将其在一维横向和纵向进 行排列或延伸,研究了这种结构对太赫兹波的光场调控特性。研究发现,0.57 THz入射的平面波经横 向排列的单元结构后可以生成一维的焦斑阵列,其焦斑阵列所对应的半高全宽约为 7.5 μm。同时,0.57 THz 入射的平面波经纵向延伸的结构后可产生纵向焦线,其焦线的长度为100 μm,并且焦线的宽度约为7.5 μm。 这种周期性结构所产生的焦斑阵列和纵向焦线在提高太赫兹近场成像的速度方面具有明显的 优势。     

表面等离激元电磁波吸收体研究进展

表面等离激元电磁波吸收体具有新颖的吸波机制、超高的吸收率、超薄的厚度、超小的单元结构、角度不敏感等特点, 使其在太阳电池、紫外防护、光电探测等领域受到广泛关注。文章围绕表面等离激元电磁波吸收体展开综述, 首先根据其吸波特性的不同, 将其分为窄带、多频带及宽带吸收进行概述, 接着详细介绍了窄带、多频带、宽带表面等离激元电磁波吸收体近年的研究进展, 最后对表面等离激元电磁波吸收体的发展前景进行了展望。