Nanolitografia plazmoniczna - Plasmonic nanolithography
Nanolitografia plazmoniczna (znana również jako litografia plazmoniczna lub fotolitografia plazmoniczna ) to proces nanolitograficzny, który wykorzystuje powierzchniowe wzbudzenia plazmonów, takie jak powierzchniowe polaryzatory plazmonowe (SPP), do wytwarzania struktur w nanoskali. SPP, które są falami powierzchniowymi rozchodzącymi się pomiędzy płaskimi warstwami dielektryczno-metalowymi w trybie optycznym, mogą ominąć granicę dyfrakcji na rozdzielczości optycznej, która działa jako wąskie gardło dla konwencjonalnej fotolitografii .
Teoria
Powierzchniowe polarytony plazmonowe są powierzchniowymi falami elektromagnetycznymi, które rozchodzą się między dwiema powierzchniami z przenikalnościami zmieniającymi znak . Powstają w wyniku sprzężenia fotonów z oscylacjami plazmy , skwantowanych jako plazmony . SPP powodują zanikające pola, które zanikają prostopadle do interfejsu, na którym zachodzi propagacja. Relacja dyspersji dla SPPS umożliwia wzbudzanie fal krótszych niż długość fali wolnej przestrzeni światła przychodzącego, dodatkowo zapewniając subwavelength poród pola. Niemniej jednak wzbudzenie SPP wymaga niedopasowania pędu; pryzmatu i kraty metody sprzęgania są wspólne. W przypadku procesów nanolitografii plazmonicznej uzyskuje się to poprzez chropowatość powierzchni i perforacje.
Metody
Plazmoniczna litografia kontaktowa , modyfikacja zanikającej litografii bliskiego pola, wykorzystuje metalową fotomaskę , na której wzbudzane są SPP. Podobnie jak w przypadku zwykłych procesów fotolitograficznych, fotorezyst jest wystawiany na SPP, które rozprzestrzeniają się z maski. Fotomaski z otworami umożliwiają łączenie siatki SPP; pola propagują się tylko w nanometrach. Srituravanich i in. zademonstrował eksperymentalnie proces litograficzny za pomocą maski z matrycą srebrnych otworów 2D ; Macierze dziur 90 nm wytworzono przy długości fali 365 nm, czyli poza granicą dyfrakcji. Zayats i Smolyaninov wykorzystali wielowarstwową maskę z metalowej folii, aby wzmocnić aperturę subfali ; takie struktury można zrealizować metodami osadzania cienkich warstw . Jako alternatywne otwory zasugerowano również otwory muszki i nanozatrzaski . Wersja metody, nazwana przez Liu et al. Jako powierzchniowa nanolitografia z interferencją plazmonów, wykorzystuje wzorce interferencji SPP . Pomimo oferowania wysokiej rozdzielczości i przepustowości, plazmoniczna litografia kontaktowa jest uważana za kosztowną i złożoną metodę; Zanieczyszczenie spowodowane kontaktem jest również czynnikiem ograniczającym.
Nanolitografia do obrazowania soczewek planarnych wykorzystuje soczewki plazmoniczne lub supersoczewki o indeksie ujemnym , które po raz pierwszy zaproponował John Pendry . Wiele projektów supersoczewek, takich jak cienka srebrna powłoka Pendry'ego lub superoczewki Fanga i innych, korzysta z wzbudzeń plazmonicznych, aby skupić składowe Fouriera wpadającego światła poza granicę dyfrakcji. Chaturvedi i in. zademonstrował obrazowanie siatki chromowej 30 nm za pomocą fotolitografii srebrnych soczewek przy 380 nm, podczas gdy Shi i in. zasymulowano rozdzielczość litografii 20 nm przy długości fali 193 nm za pomocą aluminiowej super soczewki. Srituravanich i in. opracował regulowaną mechanicznie, unoszącą się w powietrzu soczewkę plazmoniczną do bezmaskowej nanolitografii bliskiego pola, podczas gdy inne bezmaskowe podejście Pan i in. wykorzystuje „wieloetapową soczewkę plazmoniczną” do progresywnego sprzężenia.
Bezpośrednie pisanie plazmoniczne jest pozbawioną masek formą fotolitografii opartą na litografii sondy skanującej ; metoda wykorzystuje wzmocnienia zlokalizowanych plazmonów powierzchniowych (LSP) z wbudowanych plazmonicznych sond skanujących w celu odsłonięcia fotorezystu. Wang i in. eksperymentalnie zademonstrowano za pomocą tej metody ograniczenie pola 100 nm. Kim i in. opracował sondę skanującą o rozdzielczości ~ 50 nm z szybkością tworzenia wzoru ~ 10 mm / s. Nanocząsteczki złota i inne nanostruktury plazmoniczne, takie jak nanocząsteczki, były używane jako maski w litografii; wytrawianie w tym przypadku można osiągnąć albo poprzez zasady fotomaskowania, albo poprzez zwiększone lokalne ogrzewanie w pobliżu nanostruktury z powodu rezonansów LSP. Lin i in. wykorzystał również zlokalizowane wzbudzenia termiczne w nanocząstkach złota do wytworzenia dwuwymiarowych struktur, takich jak wzorzyste monowarstwy grafenu i dwusiarczku molibdenu w procesie określanym jako „nanolitografia optotermoplazmoniczna”. Efekty fotochemiczne rezonansów LSP zostały również wykorzystane jako katalizator w procesach litograficznych: Saito et al. zademonstrowali selektywne wytrawianie nanorurek srebra na podłożach z dwutlenku tytanu za pomocą indukowanego plazmonem rozdziału ładunku .