Nanostruktur Sub-100 nm melalui Polimerisasi Dua Foton: Pembuatan Presisi, Efek Material, dan Kontrol Laser

Pendahuluan

Permintaan untuk pemintalan perangkat tumbuh pesat dengan kemajuan berkelanjutan nanoteknologi dalam beberapa tahun terakhir. Struktur miniatur dengan ukuran fitur di bawah batas difraksi dapat diterapkan di berbagai bidang seperti plasmonika [1], mikro- dan nanooptika [2], nanofotonika [3, 4], dan biomedisin [5, 6]. Selain itu, struktur dengan dimensi di bawah panjang gelombang juga dapat memfasilitasi performa karakterisasi pada skala mikro dan nano [7, 8]. Misalnya, ujung [9] dan nanoantena [10] dapat digunakan untuk meningkatkan performa karakterisasi struktur beresolusi tinggi dengan meningkatkan penahanan cahaya di medan dekat, dan gratings [11] mampu mentransformasi informasi optik dari medan dekat ke medan jauh.

Sehubungan dengan realisasi struktur beresolusi tinggi, polimerisasi dua foton (2PP) populer digunakan karena kemampuannya mencapai resolusi tinggi dan pembuatan 3D [12]. Polimerisasi dua foton adalah metode pembuatan berdasarkan absorpsi dua foton (2PA), yang merupakan proses nonlinier yang secara teoritis memungkinkan pencapaian resolusi di bawah batas difraksi. Berbagai metode berbasis 2PP, seperti menambahkan photoinitiator dengan efisiensi iniciasi tinggi [13], memformat fase spasial beam deaktivasi [14], menggunakan pulsa laser femtosekon sub-10 fs [15] dan 520-nm [16], menggabungkan dengan optika hibrid [17] dan litografi cahaya sub-difraksi yang dikembangkan [18], telah diterapkan untuk merealisasikan ukuran fitur pada skala sub-100 nm. Namun, ukuran ini sebagian besar dicapai pada garis terpantung atau garis tunggal. Masih sulit untuk secara eksperimental merealisasikan ukuran fitur dan ukuran jarak di luar batas difraksi dalam struktur periodik karena efek pertukaran difusi radikal di wilayah jarak saat jarak pusat-ke-pusat antara fitur bersebelahan menjadi sangat dekat [19]. Namun, beberapa strategi telah divisualisasikan untuk tujuan mencapai struktur periodik dengan jarak jarak skala nano. Kristal fotonik dengan jarak periodik 400 nm direalisasikan dengan menambahkan molekula penangkal ke dalam photoresist [20]. Dengan pendekatan ini, ukuran jarak antara garis bersebelahan kristal fotonik sekitar 300 nm. Selain itu, garis grating dengan jarak periodik 175 nm dan ukuran jarak 75 nm dicapai dengan teknik litografi STED [19]. Baru-baru ini, disajikan bahwa proses post-treatment termal langsung dari sampel dengan pengiklanan dapat merealisasikan ukuran fitur hingga sekitar 85 nm [21]. Pendekatan di atas telah memungkinkan realisasi struktur periodik dengan ukuran jarak di bawah batas difraksi. Namun, mereka cukup khusus dengan biaya lebih tinggi, operasi dan prosedur yang lebih rumit dibandingkan 2PP.

Dalam artikel ini, penelitian eksperimental tentang realisasi perangkat periodik (Gambar 1) dengan ukuran fitur dan ukuran jarak di bawah batas difraksi menggunakan 2PP dilakukan. Struktur periodik beresolusi tinggi, yang terdiri dari garis grating dengan pilar yang terletak secara periodik di antara mereka, diusulkan untuk peningkatan resolusi karakterisasi interferometri Fourier transform scatterometry (IFTS) [22, 23], yang merupakan metode untuk karakterisasi mikro- dan nanostruktur. Diketahui bahwa resolusi spasial struktur terutama ditentukan oleh bahan sensitif cahaya, sistem optik, dan parameter pemrosesan [15]. Secara khusus, para peneliti telah melaporkan bahwa orientasi polarisasi sinar laser dapat mempengaruhi dimensi struktur [24]. Ketika laser dipolarisir linier sejajar dengan arah pemindaiannya, ukuran fitur minimum dapat dicapai. Oleh karena itu, laser yang digunakan dalam eksperimen dilengkapi dengan polarisasi linier sejajar dengan arah pemindaian laser untuk tujuan mendapatkan ukuran fitur yang lebih kecil. Berdasarkan konfigurasi ini, efek intensitas laser terhadap ukuran fitur diteliti terlebih dahulu. Kemudian, pengaruh berbagai bahan sensitif cahaya terhadap pembentukan struktur dibandingkan. Ketika laser langsung menulis struktur pada substrat kaca, hanya sebagian voxel yang mempolimerisasi photoresist karena bagian lainnya voxel berada di dalam substrat kaca. Dengan manfaat geometri elips voxel, ide untuk mengurangi ukuran fitur dan ukuran jarak dengan mengontrol posisi fokus laser terhadap substrat kaca disajikan secara khusus. Ukuran fitur garis grating (yang dibuat di bidang tegak lurus terhadap sumbu utama voxel) dan pilar (yang dibuat di bidang sepanjang sumbu utama voxel) tergantung pada posisi relatif fokus laser masing-masing diteliti. Sebagai hasilnya, garis grating dengan lebar minimum 78 nm dan pilar dengan diameter 110 nm dicapai. Selain itu, struktur yang diusulkan dengan ukuran area 20×20 μm, jarak periodik 200 nm, dan ukuran jarak 65 nm divisualisasikan dengan secara terpisah membuat garis grating dan pilar.

Ilustrasi skematis struktur periodik yang diusulkan. Jarak periodik antara fitur bersebelahan direpresentasikan oleh PD

Metode

Metode Pembuatan

Struktur yang disajikan dalam artikel ini dibuat menggunakan polimerisasi dua foton. Ilustrasi skematis pengaturan eksperimen ditunjukkan dalam Gambar 2. Sistem pembuatan 2PP ini, yang juga tersedia secara komersial [25, 26], mampu mengkoordinasi semua sumbu secara bersamaan dan mencapai kecepatan melalui rentang perjalanan penuh tanpa langkah dan jahitan pada kecepatan hingga 50 mm/s. Laser femtosekon polarisasi linier dengan output frekuensi ganda pada 513 nm, lebar pulsa 60 fs, dan tingkat pengulangan 76 MHz digunakan. Daya laser dikontrol oleh gelung setengah gelombang dan kubus splitter beam terpolarisir. Panggung translasi angin sangat akurat dengan rentang perjalanan 15 cm juga digunakan. Kamera CCD dipasang untuk pemantauan online. Proses polimerisasi dapat dipantau oleh kamera CCD karena variasi indeks bias photoresist yang diinduksi oleh polimerisasi. Sampel terdiri dari tetesan bahan sensitif cahaya pada substrat kaca, yang dikunci ke panggung translasi dengan photoresist di sisi bawah. Sinar laser difokuskan ke dalam photoresist oleh objektif mikroskop immersi minyak 100 × dengan blangka numerik (NA) tinggi 1,4.

Diagram skematis sistem pembuatan 2PP

Bahan

Performa berbagai photoresist dalam pembuatan struktur dapat bervariasi karena komposisi kimia dan properti fisik unik masing-masing. Dalam karya ini, photoresist yang disebut sol-gel organik-anorganik Zr-hybrid material [27] dan E-shell 300 (Envisiontec) digunakan masing-masing untuk struktur. Zr-hybrid material adalah polimer hibrid organik-anorganik berbasis zirconium sol-gel viskos tinggi yang dikenal karena penurunan rendah dan stabilitas tinggi untuk pembuatan 2PP. Prosedur persiapan dan properti optik lainnya dari photoresist ini dapat ditemukan di ref [27]. E-shell 300 adalah photoresist cair berbasis dimetakrilat dengan viskositas 339.8 MP a·s. Ini dapat digunakan untuk pencetakan 3D dan pembuatan alat dengar dan peralatan medis, serta struktur dengan resolusi, kekuatan, kekakuan, dan daya tahan kimia tinggi.

Hasil dan Pembahasan

Parameter pemrosesan memainkan peran penting dalam menentukan ukuran fitur struktur. Di antaranya, intensitas laser adalah parameter yang dapat secara efektif mempengaruhi pembentukan struktur dan dapat dikontrol dengan akurat dan nyaman. Parameter ini dapat diperoleh menggunakan rumus yang diberikan di ref [28]

di mana P mewakili daya rata-rata laser [4, 28], T koefisien transmisi objektif/sistem (T=15% [4]), M² kualitas sinar dengan M²=1.1, f tingkat pengulangan, τ durasi pulsa, dan w₀ jari-jari spot dengan \(w_{0}=0.61 \frac {\lambda }{NA}\) (w₀≈223.5 nm). Dalam rumus ini, \(\frac {P}{f}\) dan \(\frac {P}{f\tau }\) menunjukkan energi per pulsa dan daya rata-rata per pulsa, masing-masing. Satuan intensitas kW/ μm² digunakan sebagai gantian TW/cm² (1 TW/cm ²=10 kW/ μm²) untuk tujuan menampilkan seberapa besar daya yang benar-benar difokuskan di area spot, yang juga memiliki rentang pada skala mikron (\(\pi w_{0}^{2} \approx 0.16\) μm²). Di sini, penelitian tentang efek intensitas laser terhadap dimensi garis tunggal dilakukan. Baik Zr-hybrid material dan E-shell 300 diterapkan untuk studi ini. Lebar dan tinggi garis yang dibuat dari kedua bahan terhadap intensitas laser I ditunjukkan masing-masing dalam Gambar 3a (Zr-hybrid material) dan Gambar 3b (E-shell 300). Kecepatan 7 μm/s digunakan untuk pembuatan. Intensitas laser I dalam rentang 0,67–0,78 kW/ μm² (dengan rentang daya laser yang sesuai 1,44–1,69 mW) untuk Zr-hybrid material dan 0,78–1,02 kW/ μm² (rentang daya laser 1,69–2,20 mW) untuk E-shell 300. Terlihat bahwa ukuran fitur (baik diameter maupun tinggi) naik dengan peningkatan intensitas laser. Dalam kasus Zr-hybrid material (Gambar 3a), dengan intensitas laser sekitar 0,67 kW/ μm², dimensi lateral voxel dapat dikurangi menjadi sekitar 115 nm, yang di bawah batas difraksi (batas difraksi \(\frac {\lambda }{2NA}=185\) nm). Juga dapat dihitung bahwa rasio aspek (tinggi terhadap lebar) dalam rentang 2,5–4. Untuk E-shell 300 (Gambar 3b), lebar garis 178 nm dicapai ketika intensitas laser 0,78 kW/ μm². Dimensi fitur ini di bawah batas difraksi (185 nm). Berdasarkan penelitian di atas, dapat disimpulkan bahwa ukuran fitur secara efektif dipengaruhi oleh intensitas laser yang diterapkan. Ukuran fitur yang lebih kecil dapat dicapai dengan mengurangi intensitas laser.

Dimensi garis terhadap intensitas laser I. Kecepatan yang digunakan untuk struktur adalah 7 μm/s. Garis merah dan biru adalah hasil linear fit lebar dan tinggi voxel, masing-masing. a Lebar dan tinggi garis tunggal yang terbuat dari Zr-hybrid material. b Lebar dan tinggi garis tunggal yang terbuat dari E-shell 300

Pengaruh Berbagai Bahan terhadap Pembentukan Struktur oleh 2PP

Untuk penelitian dampak material terhadap pembentukan struktur, berbagai garis grating periodik dibuat menggunakan material yang diperkenalkan di bagian “Bahan”. Kecepatan penulisan 7 μm/s diterapkan. Gambar 4a dan b adalah citra SEM garis grating periodik yang terbuat dari Zr-hybrid material dan E-shell 300 dengan jarak periodik (PD, diilustrasi dalam Gambar 1) sebesar 1 μm. Intensitas laser yang digunakan untuk pembuatan adalah 1,25 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 2,7 mW) untuk Zr-hybrid material dan 1,02 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 2,2 mW) untuk E-shell 300. Terlihat bahwa garis grating yang terbuat dari kedua material halus. Gambar 4c dan d menunjukkan citra SEM garis grating periodik yang terbuat dari Zr-hybrid material dan E-shell 300 dengan PD=400 nm, masing-masing. Dengan penurunan jarak periodik, intensitas laser yang digunakan untuk pembuatan juga dikurangi untuk mencapai resolusi tinggi dan secara bersamaan menghindari polimerisasi berlebih di ruang antara fitur bersebelahan. Dalam penelitian ini, intensitas laser 0,69 kW/ μm² diterapkan untuk pembuatan dengan kedua material. Dengan PD yang berkurang, garis grating yang terbuat dari Zr-hybrid material berbutir (Gambar 4c), sedangkan yang terbuat dari E-shell 300 memiliki kekasaran yang lebih rendah (Gambar 4d). Kekasuran garis grating yang terbuat dari Zr-hybrid material mungkin disebabkan oleh polimerisasi yang tidak stabil, yang terjadi karena kekerajaan daya laser yang berkurang terhadap ambang polimerisasi bahan. Perbandingan ini mengungkapkan bahwa E-shell 300 lebih cocok untuk pembuatan struktur dengan jarak periodik skala nano. Selain itu, semua struktur yang diamati oleh SEM dilapisi dengan lapisan emas tebal 20 nm.

Citra SEM garis grating yang dibuat dengan berbagai material. Kecepatan untuk pembuatan adalah 7 μm/s. a Material: Zr-hybrid material; PD=1 μm; Intensitas laser: 1.25 kW/ μm². b Material: E-shell 300; PD=1 μm; Intensitas laser: 1.02 kW/ μm². c Material: Zr-hybrid material; PD=400 nm; Intensitas laser: 0.69 kW/ μm². d Material: E-shell 300; PD=400 nm; Intensitas laser: 0.69 kW/ μm²

Investigasi Pembentukan Struktur terhadap Posisi Fokus Laser

Untuk menempatkan nanostruktur di permukaan substrat kaca, sinar laser harus difokuskan di antarmuka substrat/photoresist selama proses 2PP. Dengan demikian, hanya sebagian voxel yang dapat memulai polimerisasi photoresist. Bagian lainnya voxel berada di dalam substrat kaca untuk memastikan adhesi struktur. Karena geometri voxel adalah elips, variasi ukuran silang voxel ada sepanjang sumbu utamanya. Dalam mikro- dan nanofabrikasi beresolusi tinggi, variasi ukuran silang voxel di antarmuka substrat dan photoresist sangat mempengaruhi pembentukan struktur serta ukuran fiturnya.

Gambar 5 adalah ilustrasi skematis penyesuaian fokus laser sepanjang arah z. Posisi di antarmuka antara photoresist dan substrat didefinisikan sebagai posisi referensi fokus z₀ (Gambar 5a). Karena tetesan photoresist berada di sisi bawah substrat kaca, spot fokus laser bergerak turun dari posisi referensi z₀ ke dalam photoresist. Jarak antara posisi fokus laser saat ini z dan posisi referensi z₀ direpresentasikan oleh Δz=∣z−z₀∣. Wilayah yang ditandai dengan warna hijau gelap dalam Gambar 5b dan c mewakili wilayah fokus laser di dalam photoresist, yang memungkinkan polimerisasi dengan intensitas cahaya di atas ambang polimerisasi. Berbagai ukuran fitur dapat dicapai dengan menempatkan fokus laser pada posisi z yang berbeda. Ukuran fitur w dikarakterikan oleh rata-rata lebar setengah maksimum (FWHM, Gambar 5c) dari fitur yang dibuat pada posisi z yang sama dalam satu array.

Ilustrasi variasi posisi fokus laser sepanjang arah z

Garis grating periodik yang dibuat dengan berbagai posisi fokus laser diperoleh seperti yang ditampilkan dalam Gambar 6. Jarak periodik (PD) antara garis grating adalah 1 μm. Dengan PD yang dekat ini, fitur bersebelahan mulai terhubung satu sama lain melalui polimerisasi tambahan di wilayah jarak saat laser difokuskan dengan Δz=500 nm (Gambar 6a). Klaster di luar garis grating berasal dari polimerisasi tambahan. Selama proses 2PP, radikal bebas dihasilkan melalui pelindung ikatan yang diinduksi laser pada molekul photoinitiator. Radikal tersebut terakumulasi di jarak kecil antara fitur bersebelahan, yang mengakibatkan peningkatan konsentrasi radikal. Konsentrasi radikal yang tinggi ini dapat melampaui ambang polimerisasi dan sehingga menyebabkan polimerisasi yang tidak diinginkan. Selain itu, adhesi yang tidak stabil dari struktur yang dipolimerisasi ke substrat juga dapat terjadi. Dalam hal ini, struktur dapat dengan mudah dicuci selama proses pengembangan. Ketika fokus sinar laser lebih dalam ke dalam substrat, kurang photoresist yang dipolimerisasi. Seperti yang ditampilkan dalam Gambar 6b, garis grating dengan lebar 78 nm dicapai dalam hal ini. Namun, visibilitas lemah struktur juga dapat terlihat. Oleh karena itu, sangat penting untuk memiliki posisi fokus laser yang tepat selama proses polimerisasi tidak hanya untuk resolusi yang lebih tinggi tetapi juga untuk adhesi struktur yang lebih baik ke substrat.

Pengaruh posisi fokus laser terhadap pembentukan struktur. Material: E-shell 300. a Garis grating vertikal yang dibuat dengan fokus laser lebih dalam ke dalam photoresist. Intensitas laser untuk pembuatan I=0.71 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 1.55 mW), jarak relatif fokus laser Δz=500 nm. Polimerisasi tambahan antara fitur dihasilkan, dan fitur bersebelahan terhubung. b Garis grating vertikal yang dibuat dengan fokus laser lebih dalam ke dalam substrat. Intensitas laser untuk pembuatan I=0.65 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 1.4 mW), posisi relatif fokus laser Δz=0 nm

Sehubungan dengan pengaruh posisi fokus laser terhadap ukuran fitur, penelitian tentang efeknya pada garis grating yang dibuat di bidang x−y dilakukan. Dengan meningkatkan jarak relatif Δz, garis grating yang dibuat di bawah berbagai posisi fokus laser diperoleh. Lebar terukur garis grating w_l tergantung pada posisi relatif fokus laser diplot sebagai titik-titik yang ditampilkan dalam Gambar 7a. Intensitas laser yang digunakan untuk pembuatan adalah 0,85 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 1,84 mW). Kurva merah menunjukkan hasil fit elips yang sumbu utamanya konsisten dengan sumbu z. Elips yang sesuai direkonstruksi (lihat sudut kanan bawah Gambar 7a) menggunakan rumus elips \(\left (\frac {x}{a}\right)^{2}+\left (\frac {400-y}{b}\right)^{2}=1\), di mana (400,0) adalah pusat elips, b=90 adalah semi-minor axis, a=5.65b adalah semi-major axis, x mewakili jarak relatif Δz sepanjang sumbu utama, dan y mewakili setengah dari ukuran fokus L yang berada di sepanjang sumbu minor. Hasilnya mengungkapkan bahwa lebar garis mengikuti ukuran silang fokus laser yang berubah sepanjang sumbu utama geometri elips voxel. Ketika posisi relatif Δz=50 nm, garis grating dengan ukuran fitur w_l=130 nm dicapai (Gambar 7b). Selain itu, dengan mengurangi intensitas laser, garis grating dengan w_l=100 nm diperoleh pada posisi fokus laser yang sama seperti yang ditampilkan dalam Gambar 7c.

Garis grating yang dibuat di bidang x−y terhadap berbagai jarak relatif fokus laser Δz. Material: E-shell 300. Kecepatan penulisan 7 μm/s diterapkan. a Lebar garis terukur dan kurva fit terhadap berbagai Δz. Gambar di sudut kanan bawah adalah rekonstruksi elips yang sesuai dengan garis fit. b Garis grating yang dibuat dengan intensitas laser I=0.85 kW/ μm² (dengan daya laser P=1.84 mW). Jarak relatif fokus laser adalah Δz=50 nm. c Garis grating yang dibuat dengan intensitas laser I=0.78 kW/ μm² (dengan daya laser P=1.69 mW). Jarak relatif fokus laser adalah Δz=50 nm

Pengaruh posisi fokus laser terhadap ukuran fitur pilar juga diteliti. Pilar direalisikan dengan memindahkan spot fokus ortogonal ke bidang permukaan substrat, yang berada di bidang sumbu utama voxel (x−z atau y−z plane). Pilar tunggal dibuat dengan memindahkan sinar laser sepanjang arah z dengan jarak 1 μm. Gambar 8a adalah citra SEM pilar yang dibuat dengan berbagai intensitas laser dan jarak relatif Δz. Jarak antara pusat pilar bersebelahan adalah 400 nm sepanjang arah x dan 500 nm sepanjang arah y. Intensitas laser ditingkatkan dari kiri ke kanan dengan langkah sekitar 0,23 kW/ μm² (yang sesuai dengan daya laser 0,5 mW). Jarak relatif antara posisi fokus laser z dan posisi referensi z₀ ditingkatkan dari bawah ke atas sepanjang arah vertikal. Gambar 8b menunjukkan diameter pilar terukur w_p terhadap intensitas laser dan jarak relatif Δz. Diameter pilar w_p diperoleh dengan mengukur FWHM-nya. Intensitas laser dalam rentang 0,74–0,96 kW/ μm². Terlihat bahwa w_p berkurang dengan penurunan baik Δz maupun intensitas laser. Ketika Δz=150 nm, pilar dengan diameter w_p≈110 nm dicapai dengan rentang intensitas laser yang relatif besar (0,74–0,81 kW/ μm²). Dan ada juga jendela yang relatif stabil untuk ukuran pilar saat array pilar dibuat seperti yang ditampilkan dalam Gambar 8c–d, yang adalah citra SEM array pilar yang dibuat dengan intensitas laser I=0.74 kW/ μm² dan jarak relatif Δz=300 nm. Rasio aspek pilar sekitar 2. Ini menunjukkan bahwa reproduksi pilar berjalan dengan sangat baik.

Array pilar yang dibuat dengan berbagai intensitas laser dan jarak relatif fokus laser Δz. Material: E-shell 300. a Citra SEM pilar yang dibuat dengan berbagai intensitas laser dan posisi relatif fokus laser. b Diameter pilar terukur w_p terhadap intensitas laser I dan jarak relatif Δz. Intensitas laser masing-masing 0,74 kW/ μm², 0,81 kW/ μm², 0,90 kW/ μm², dan 0,96 kW/ μm² dengan korespondensi daya laser 1,59 mW, 1,75 mW, 1,94 mW, dan 2,07 mW. c Tampilan atas array pilar. d Citra SEM array pilar dilihat dengan sudut 45 ^∘

Pembuatan Struktur Periodik dengan Ukuran Fitur dan Ukuran Jarak di Bawah Batas Difraksi

Berdasarkan penelitian masing-masing tentang ukuran fitur garis grating periodik (yang dibuat di bidang x−y) dan pilar, struktur periodik beresolusi tinggi yang diusulkan yang terdiri dari garis grating dan pilar dibuat. Ukurannya 20×20 μm dengan jarak periodik 200 nm antara pusat garis grating dan pilar. Dalam karya ini, strategi untuk mencapai struktur beresolusi tinggi dengan jarak periodik 200 nm dengan secara terpisah membuat garis grating dan pilar diusulkan. Dalam hal ini, jarak periodik PD antara garis grating bersebelahan dan pilar bersebelahan adalah 400 nm. Selama proses polimerisasi, wilayah jarak yang lebih besar ada antara fitur saat garis grating dan pilar dibuat secara terpisah. Wilayah jarak yang diperluas sementara ini memungkinkan pengurangan akumulasi radikal, yang mungkin menyebabkan polimerisasi yang tidak diinginkan di wilayah jarak. Perlu dicatat bahwa posisi fokus laser juga harus disesuaikan selama proses pembuatan. Struktur yang dibuat dengan posisi fokus laser yang tidak tepat ditampilkan dalam Gambar 9a dan b. Terlihat bahwa garis dan pilar terhubung saat fokus laser terlalu dalam ke dalam photoresist. Gambar 9c–f adalah citra SEM struktur dengan posisi fokus laser yang tepat [23]. Dengan menempatkan posisi fokus laser dengan tepat dan menggunakan strategi pembuatan yang diberikan di atas, struktur dengan dimensi di bawah batas difraksi (lebar garis 110 nm, diameter pilar 135 nm dan ukuran jarak 65 nm) direalisasikan seperti yang ditampilkan dalam Gambar 9e.

Citra SEM struktur periodik yang dibuat 2PP dengan PD=200 nm. Material: E-shell 300. Intensitas yang digunakan untuk pembuatan garis grating: I=0.83 kW/ μm²; pilar: I=0.6 kW/ μm². Jarak relatif fokus laser untuk pembuatan garis grating dan pilar adalah 300 nm. a–b Struktur periodik yang dibuat dengan pengaturan posisi fokus laser di dalam photoresist. c–d Citra SEM struktur periodik dengan posisi fokus laser yang tepat. e Tampilan atas struktur yang dibuat dengan posisi fokus laser yang tepat. f Citra SEM seluruh array

Kesimpulan

Dengan demikian, kami membandingkan pengaruh berbagai photoresist dan parameter pemrosesan terhadap pembentukan struktur dan menyajikan cara untuk meningkatkan resolusi spasial dan mengurangi ukuran jarak antara fitur bersebelahan dengan mengontrol posisi fokus laser sepanjang arah z. E-shell 300 secara eksperimental terbukti menjadi bahan yang lebih cocok untuk pembuatan struktur dengan resolusi spasial di bawah 200 nm. Kami juga berhasil mencapai struktur periodik dengan ukuran jarak 65 nm dan ukuran fitur 110 nm. Ukuran-ukuran ini jauh di bawah batas difraksi Abbe. Penelitian lebih lanjut tentang performa optik (misalnya, peningkatan sinyal citra optik) dari struktur beresolusi tinggi ini akan menarik perhatian.

Singkatan

2PA:

Absorpsi dua foton

2PP:

Polimerisasi dua foton

FWHM:

Lebar setengah maksimum

IFTS:

Interferometri Fourier transform scatterometry

NA:

Blangka numerik

PD:

Jarak periodik

SEM:

Mikroskop elektron pemindaian