微光刻与微/纳米加工技术

介绍了微电子技术的关键工艺技术——微光刻与微/纳米加工技术,回顾了中国制版光刻与微/纳米加工技术的发展历程与现状,讨论了微光刻与微/纳米加工技术面临的挑战与需要解决的关键技术问题,并介绍了光学光刻分辨率增强技术、下一代光刻技术、可制造性设计技术、纳米结构图形加工技术与纳米CMOS器件研究等问题。近年来,中国科学院微电子研究所通过光学光刻系统的分辨率增强技术(RET),实现亚波长纳米结构图形的制造,并通过应用光学光刻系统和电子束光刻系统之间的匹配与混合光刻技术及纳米结构图形加工技术成功研制了20～50nm CMOS器件和100nm HEMT器件。     

基于电介质超表面的双频带双偏振通道波前调控

随着微纳加工技术的发展,超表面在亚波长尺度对电磁波的多维度调控展现出传统光学器件难以比拟的优势。基于电介质硅纳米柱结构构建了具有双频带响应的超表面,利用微结构对不同偏振入射光反射系数的差异,通过构建梯度几何相位实现了双波长下的异常反射;同时设计了超表面灰度成像阵列,在近红外波段实现了对正交偏振态和双波长入射具有不同响应的正负灰度图像。文中提出的超表面设计为基于超表面的多功能集成技术的发展奠定了基础。     

美科学家推出软干涉光刻技术

美国科学家在纳米制作技术领域获得重大进展，通过将干涉光刻和软光刻技术结合在一起，推出称为软干涉光刻技术（SIL）的新型制造技术，可以用来扩展纳米生产工艺以大批量制造等离子体超材料和器件。与现有的技术相比，软干涉光刻技术具有许多明显的优势。作为一种大规模制作纳米材料的创新和廉价方法，利用它制成的新颖的先进材料，为开发和应用特殊与突发光学特性铺平了道路。     

All-optical Control of surface plasmon polaritons based on metal slit structures

表面等离激元是束缚在金属—介质交界面上的一种电磁波模式,可突破衍射极限,被认为是下一代集成光子回路最有希望的信息载体。基于我们的研究工作,就几种表面等离激元金属狭缝结构的原理和应用做了简单概述。利用法布里-波罗谐振腔、法诺共振、多模干涉等光学效应,这些金属狭缝结构可对表面等离激元的传输行为进行有效地调控。在理论上和实验上,利用金属狭缝结构实现了亚波长表面等离激元单向激发器、亚微米宽带单向激发器、亚微米分束器、超紧凑纳米聚焦器件和亚微米全光开关等纳米光子器件。这些纳米光子器件在纳米集成光学中具有重要应用。     

激光全息光刻技术

激光全息光刻是激光束应用于超微细加工的突出一例,它在周期性精细几何图形产生方面独树一帜,已成为制造大面积、高分辨率、小畸变浮雕光栅的基本手段。这种技术用途甚广,尤其对集成光学器件的发展具有特别重要的意义。     

基于表面等离子体的微纳光刻技术

首先介绍了光刻技术的发展及其面临的挑战。随着纳米加工技术的发展,纳米结构器件必将成为未来集成电路的基础,而纳米光刻技术是纳米结构制作的基础,基于表面等离子体的纳米光刻作为一种新兴技术有望突破45nm节点从而极大提高光刻的分辨力。介绍了表面等离子体的特性,对表面等离子体(SPs)在光刻中的应用作了回顾和分析,指出在现有的利用表面等离子体进行纳米光刻的实验装置中,或采用单层膜的超透镜(Superlens),或采用多层膜的Super-lens,但都面临着如何克服近场光刻这一难题;结合作者现有课题分析了表面等离子体光刻的发展方向,认为结合多层膜的远场纳米光刻方法是表面等离子体光刻的发展方向。     

聚合物纳米光子器件

控制光信号在亚波长或纳米尺度的波导巾传输对实现超紧凑的光子学器件和高密集的集成光路十分重要,因为它代表着集成光学向集成纳米光子学的迈进.人们已用光刻技术制作出基于金属材料的表面等离子体纳米波导、基于平面介质材料的纳米光子线波导、光了晶体波导等,也通过自组装等方法或技术制作出基于半导体材料或有机聚合物材料的纳米结构等.聚合物纳米线由于具有良好的机械性能,尤其是其弹性和柔韧性非常好,而且可以通过化学设计改变其材料的特性.因而,是构筑超紧凑光子学器件和微型化集成光路的最佳选择之一.借助化学合成法、激光烧蚀法、静电纺丝法、微纳吸管法、近场探针拉制法、尖端阵列法等制作出的各种聚合物纳米纤维也有报道.     

双层复合纳米森林结构的制备及其宽光谱高吸收光学特性研究

基于等离子体再聚合技术制备了纳米纤维—纳米锥双层森林结构,并通过磁控溅射工艺在结构表面引入金属纳米颗粒实现了双层复合纳米森林结构,工艺流程简单便捷,与常规微纳加工工艺兼容性好,易于实现大面积的并行加工.将纳米森林的陷光效应和金属纳米颗粒的表面等离激元效应相结合,对双层复合纳米森林结构的光吸收特性进行深入研究与探索,最终实现了该复合纳米森林结构在1.5~25μm波长范围内84.1%的平均吸收率.具有宽光谱高吸收光学特性的双层复合纳米森林结构有望在提高红外器件性能和拓展器件应用等方面获得广泛应用.     

中红外超表面的成像和检测原理及应用进展（特邀）

中红外波段包含两个大气窗口及分子指纹区，在红外成像与物质检测方面具有重要应用。传统中红外光学器件在成像方面受材料、加工等限制成本昂贵、加工复杂；在检测方面，受分子吸收截面小的限制，检测灵敏度低，对微量化学物质检测具有较大挑战。超表面是由亚波长尺度的人造单元构成的二维结构阵列，具有体积小、易集成、调控自由度高等特点，能够为制造低成本、轻型化、集成化的中红外光学器件提供一种新的实现方案。表面增强红外吸收能够有效增强分子振动信号，提高检测灵敏度。文章介绍了中红外超表面在电磁波调控方面的机理及其中红外检测应用的原理。着重整理了超表面结构在中红外波段的成像与检测领域的研究进展，包括偏振成像、可调及可重构超表面、其他特殊功能以及用于检测的基于等离子体激元或连续体束缚态原理的使用金、银、铝、石墨烯、硅、锗等材料的超表面结构。     

基于3D打印技术的微电子器件制造

传统微电子加工工艺存在着诸多限制,尤其是无法实现具有复杂三维(3D)结构的微电子器件的加工。首先,简述3D打印的工艺流程,并详细介绍了用于微电子器件制造的三种典型3D打印技术。随后,从刚性电子器件、柔性电子器件和半导体器件角度出发,重点阐述了3D打印技术在微电子器件制造中的研究现状。最后,总结了3D打印技术在制造微电子器件中存在的主要问题,并讨论了基于3D打印技术的微电子器件制造的未来发展方向。未来微电子器件的加工将会向着体积小、重量轻、可靠性高和工作速度快等方向发展,可任意形状成型的3D打印技术的迅速崛起可为研究人员提供更多的思路,可推动交通运输、邮电通信、生物医疗、文化教育以及消费类电子产品等众多领域的发展。     

手性超构表面研究进展及应用

光学手性超构表面是由亚波长尺度单元所组成的平面或准平面光子器件。其结合了新的物理光学原理和前沿纳米制备技术，可产生极强的光学手性，在光学手性传感、手性粒子分离及手性调控等方面有广阔的应用前景。本文介绍了手性超构表面的基本原理，从金属材料和介电材料的角度分类总结了手性超构表面的国内外研究进展，重点关注其圆二色性响应和近场手性响应，并介绍了手性超构表面的应用方向。     

基于Ω型共形超颖表面的曲面全息

共形超颖表面可以打破物体几何形状与光学功能之间的限制,使散射波前得到任意的调制。文中展示了一种自适应的共形超颖表面,该超颖表面由非手性镜面对称的型金纳米天线组成,可以集成在任意形状的基底上,在可见光范围内（=450 nm）实现曲面全息。共形超颖表面的相位调制方法依赖于贝里相位,通过旋转纳米天线的方位角,可以在每个亚波长单元中进行连续的相位控制。这种共形超颖表面包裹在曲面拓扑物体上可以用于各种实际应用中,如曲面透镜聚焦、隐身和安全打印技术。     

基于金属狭缝结构的表面等离激元全光调控

表面等离激元是束缚在金属-介质交界面上的一种电磁波模式,可突破衍射极限,被认为是下一代集成光子回路最有希望的信息载体。就几种表面等离激元金属狭缝结构的原理和应用做了简单概述。利用法布里-珀罗谐振腔、法诺共振、多模干涉等光学效应,这些金属狭缝结构可对表面等离激元的传输行为进行有效地调控。在理论和实验上,利用金属狭缝结构实现了亚波长表面等离激元单向激发器、亚微米宽带单向激发器、亚微米分束器、超紧凑纳米聚焦器件和亚微米全光开关等纳米光子器件。这些纳米光子器件在纳米集成光学中具有重要应用。     

无掩模表面等离子激元干涉光刻

采用表面等离子激元近场增强技术可改善纳米干涉光刻成像质量,有效实现微纳米结构快速、高效、低成本制作,在传统微细加工技术较难发挥作用的一些纳米光子器件加工领域有很好应用前景.     

太赫兹超材料和超表面器件的研发与应用

太赫兹光电子学的兴起推动了太赫兹波产生、传输和探测3方面理论和器件的快速发展。通过调控亚波长金属结构与太赫兹波相互作用的特异光学响应,太赫兹超材料和超表面器件已在太赫兹光束整形、导波和调制方面显示了巨大的潜力和优势,并可能推动太赫兹光源和探测器的发展。进一步发展和丰富太赫兹超材料和超表面器件,也将对太赫兹波在传感、通信和雷达等应用方面产生有益影响。本文综述了首都师范大学超材料与器件课题组近年来在太赫兹波段开展的基于超材料和超表面材料的光谱调制器件、光场调制衍射光学元件和主动光学元件的工作,介绍了超材料与器件的基本物理理论以及相应的实验研究成果,希望能够推动超材料与超表面太赫兹调制器件的发展与应用。     

光学和电子束曝光系统之间的匹配与混合光刻技术

介绍如何实现光学和电子束曝光系统之间的匹配和混合光刻的技术，包括：(1）光学曝光系统与电子束曝光系统的匹配技术；(2）投影光刻和JBX-5000LS混合曝光技术；(3）接触式光刻机和JBX-5000LS混合曝光技术；(4）大小束流混合曝光技术或大小光阑混合曝光技术；(5）电子束与光学曝光系统混合光刻对准标记制作技术. 该技术已成功地应用于纳米器件和集成电路的研制工作，实现了20nm线条曝光，研制成功了27nm CMOS器件；进行了50nm单电子器件的演试；并广泛地用于100nm化合物器件和其他微/纳米结构的制造.     

电子束光刻在纳米加工及器件制备中的应用

电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术,尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。介绍了中国科学院微电子研究所拥有JEOLJBX5000LS、JBX6300FS纳米电子束光刻系统和电子显微镜系统的电子束光刻技术实验室,利用电子束直写系统所开展的纳米器件和纳米结构制造工艺技术方面的研究。重点阐述了如何利用电子束直写技术实现纳米器件和纳米结构的电子束光刻。针对电子束光刻效率低和电子束光刻邻近效应等问题所采取的措施;采用无宽度线曝光技术和高分辨率、高反差、低灵敏度电子抗蚀剂相结合实现电子束纳米尺度光刻以及采用电子束光刻与X射线曝光相结合的技术实现高高宽比的纳米尺度结构的加工等具体工艺技术问题展开讨论。     

轨道角动量超表面全息复用研究进展

光子的轨道角动量（OAM）由于理论上的无限模式数而被广泛用于提高数据传输的信道容量。由光学薄膜和亚波长结构阵列组成的超表面可以操纵光学维度，实现高性能的光子集成，而利用超表面实现OAM复用有利于光学器件向小型化、多功能化方向发展。通过设计超表面的幅度与相位分布可以实现OAM全息，将OAM与偏振、波长、角度等其他光学维度结合可以获得多自由度大容量OAM复用全息。本综述将从这些方向展开，论述近年来利用超表面实现OAM复用全息的研究进展。提高OAM复用全息的自由度并改善成像质量，实现安全性、集成度更高的光学元器件，是未来OAM全息的发展方向。     

新型功能超颖表面波前调制技术的发展与应用(特邀)

超颖表面作为一类智能表面,通常由特殊设计、加工而得到的特征尺寸接近或小于波长的亚波长纳米天线阵列构成。超颖表面能够实现光场的振幅、相位和偏振的人为调控,具有超薄、超小像素、宽带、低损耗、易加工等优势,设计灵活,功能强大。文中针对超颖表面在全息显示、波前调制和偏振转换、主动可调、非线性波前调控等方向进行综述,并展望未来发展趋势。超颖表面作为一种超薄的、微型化的波前调制器件,具有极大的信息容量,且更能适应未来高度集成的微型光电系统的发展要求,在全息显示、光束整形、涡旋光束的产生、数据存储、加密与防伪、超透镜与色散控制、彩色印刷、非对称传输、非线性光学、光的自旋霍尔效应、光通信与集成光电子学等应用领域提供了潜在的可行性和新的视角,有望取代传统光电器件,展现出了广阔的发展前景。     

超表面VR/AR显示技术研究进展

虚拟现实（VR）和增强现实（AR）是继计算机、智能手机和互联网之后出现的下一代革新技术,正在改变我们感知和沟通世界的方式。近年来,VR/AR头戴显示器蓬勃发展,对高分辨、高亮度的微型显示设备和小体积、轻质量的近眼显示光学系统的需求也越来越迫切。超表面作为一种在二维平面上排布亚波长纳米结构的新型超薄光学元器件,具有超越传统光学器件的强大电磁波调控能力,正在推进VR和AR设备向着小型化、轻量化方向发展。首先简要介绍VR/AR显示技术的基本原理并回顾发展历程;重点分析超表面和超透镜在VR/AR近眼显示光学系统中的设计原理、性能特点及应用方法,以及超表面在微型显示设备中的作用和应用效果;随后介绍超表面微纳加工技术和大面积批量制备方法;最后对超表面VR/AR显示技术进行总结,并对其发展前景进行展望。