Laser anstelle von Fotolithographie senkt die Produktionskosten für Ultraoberflächen

Forscher am Moskauer Institut für Elektroniktechnologie, einer russischen staatlichen Forschungsuniversität, haben eine neue Technologie zur Herstellung von Komponenten für Informationsanzeigegeräte mithilfe von Laserimpulsen anstelle von Lithographie entwickelt. Dies wird die Reduzierung der Produktionskosten für Displays und Ultraoberflächen der nächsten Generation für verschiedene optische Systeme beschleunigen. Die Ergebnisse werden in der neuen Ausgabe von Applied Surface Science veröffentlicht.
Hyperflächen sind Strukturen mit periodischen Mustern, die zur Steuerung elektromagnetischer Wellen und Lichtwellen genutzt werden können. Auf dieser Basis können dielektrische und metallische Materialien sowie Phasenwechselmaterialien eingesetzt werden. Und Phasenwechselmaterialien können den Phasenzustand und damit die Eigenschaften ändern, die von der äußeren Strahlung abhängen.
Auf Basis von Hyperflächen aus dem Phasenwechselmaterial GST (Verbindungen des Germanium-Antimon-Tellur-Systems) haben Forscher neue kompakte Geräte entwickelt, die mithilfe von Lichtwellen Informationen anzeigen können. Dazu gehören ultradünne Displays, Augmented- und Virtual-Reality-Headsets sowie holografische Projektoren. Der Prozess der Nanostrukturierung von Dünnschichtoberflächen zur Umwandlung in multifunktionale Oberflächen erfolgt jedoch bisher mit arbeitsintensiver und kostspieliger Fotolithographie. Auf einer Vorlage (Maske) wird zunächst das benötigte Oberflächenbild erstellt und anschließend in der gewählten Auflösung auf das Objekt übertragen.
Um die Kosten für die Bildung von Dünnschichtstrukturen zu senken und den Prozess zu beschleunigen, verwendet das Moskauer Institut für Elektronik und Technologie zusammen mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen Laserpulse anstelle von Photolithographie. Den Forschern zufolge können mit Hilfe der Laserbestrahlung in ultrakurzen Pulsen geordnete Nanostrukturen auf GST schneller und einfacher erzeugt werden. Um eine geordnete Oberfläche zu bilden, wird ein vorab implementierter Prozess genutzt, bei dem das vorherige Material in Anwesenheit des Lasers zerstört wird. Der Hauptvorteil der Lösung besteht darin, dass der Puls die Selbstorganisation von Strukturen auf der Oberfläche auslöst. Abhängig von der Intensität und Anzahl der Impulse können drei verschiedene Arten von Strukturen gebildet werden, von denen die faszinierendsten periodisch angeordnete Nanokügelchen gleicher Größe sind. Diese Formen sind schwer zu formen und haben einen Radius von bis zu 150 Nanometern.
Früher war es unmöglich, sie in diesen Materialien ohne den Einsatz zusätzlicher Techniken zu erhalten, aber jetzt ist außer dem Lasergerät und dem Film selbst keine Ausrüstung mehr erforderlich, um Nanokügelchen desselben Stils zu erhalten. Diese Kugeln entstehen durch den Zerfall geschmolzener Filamente. In diesem Fall führt die Erhöhung der Energie der Laserbestrahlung zu einem Stoffübergangsprozess, der zur Umwandlung der Nanosphärenketten in ein periodisches Relief führt. Die obige Technik ermöglicht die Herstellung hochgeordneter Nanolinsen und optischer Nanogitter, von denen eine weitere Integration in verschiedene optische Systeme, einschließlich Informationsanzeigesystemen, erwartet wird.