Kürzlich haben Weina Han, Akademiker Jiang Lan und Kollegen vom Beijing Institute of Technology einen Artikel in Advanced Materials veröffentlicht, in dem sie eine phasenmodulierte Femtosekundenlaser-Lithographietechnologie ohne Beugung vorschlagen.
Durch Überlagerung der axialen Prismenphase mit der Blaze-Gitter-Phase wird der Femtosekundenlaser in einen quasi-{0}Bessel-nicht--beugenden Strahl mit einer Schärfentiefe umgeformt, die die von eng fokussierten Gaußschen Strahlen um mehr als das Zehnfache übertrifft. Dies reduziert die Notwendigkeit einer Neufokussierung während der Bearbeitung und unterdrückt eine Fokusdrift. Durch die dynamische Strahlablenkungssteuerung wird eine Präzision von bis zu 7 Nanometern erreicht. Die anschließende chemische Bearbeitung der Voxel-Metaoberfläche, die aus Phasenübergangsregionen besteht, ermöglicht eine maskenfreie Lithographie.
Mit dieser Technologie wurde eine abstimmbare Ge₂Sb₂Te₅-Metaoberfläche mit Strukturmerkmalen bis zu 9 Nanometern hergestellt. Darüber hinaus ermöglichte es die Herstellung und Steuerung multifunktionaler programmierbarer photonischer Logikgeräte und demonstrierte hochpräzise Verarbeitungsfähigkeiten. Dieser Ansatz etabliert ein neues Paradigma für die Herstellung und Steuerung aktiver Metaoberflächen und treibt die Entwicklung photonischer Geräte der nächsten Generation voran.
Nicht-beugende-Strahllithographie mit Femtosekundenlaser mittels Phasenmodulation für die Herstellung dielektrischer Metaoberflächen
Phasen-modulierte Femtosekundenlaser-Lithographie mit nicht-beugendem-Strahl für die Herstellung dielektrischer Metaoberflächen
Abbildung 1 Phasen-modulierte nicht-beugende-Strahllithographie (PNDL) für die Herstellung dielektrischer Metaoberflächen.
Abbildung 2 Stabilität der quasi-Bessel-nicht-beugenden Strahlerzeugung.
Abbildung 3: Fertigungspräzisionsstudie der Methode des phasen-modulierten nicht-beugenden-Strahls (PNDL).
Abbildung 4: Lithographie von Ge₂Sb₂Te₅ (GST)-Metaoberflächen mit der Methode des phasen-modulierten nicht-beugenden-Strahls (PNDL).
Abbildung 5: Metasurface-Gerät mit einer dualen-rechteckigen GST-Übergitterkonfiguration.
Das Experiment konzentriert sich auf das Phasenwechselmaterial Ge₂Sb₂Te₅ (GST) und nutzt dessen reversiblen Phasenübergang zwischen amorphen und kristallinen Zuständen. Mithilfe der Femtosekundenlaser-Phasenmodulationstechnologie wird die Vorbereitung und Kontrolle von Metaoberflächenstrukturen erreicht. Durch Überlagerung der axialen Prismenphase und der diffraktiven Gitterphase mithilfe eines räumlichen Lichtmodulators wird der Femtosekundenlaser (515 nm) in einen quasi--Bessel-nicht--beugenden Strahl geformt. Dieser Strahl wird durch ein Objektiv mit hoher numerischer Apertur fokussiert und induziert eine lokalisierte Kristallisation auf der GST-Dünnschichtoberfläche. Anschließend werden durch selektives Nassätzen (TMAH-Lösung) nicht-kristallisierte Bereiche entfernt, während kristallisierte Strukturen erhalten bleiben und Metaoberflächeneinheiten gebildet werden. Durch die Steuerung von Parametern wie Laserenergie und Pixelabstand wurde eine hochpräzise Strukturierung mit Strukturlinienbreiten von nur 270 nm und Lücken von nur 9 nm erreicht. Das duale-rechteckige GST-Übergitter zeigte mehrere Logikgatterfunktionen bei polarisations-angeregtem Licht.
