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【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

发布日期:
2022-07-27

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这个例子展示了如何创建表面等离子体共振纳米光刻接触掩模的FDTD模型[1]。在FDTD布局编辑器中显示了通过石英衬底(蓝色)、银色接触掩模(灰色)、光刻胶(粉色)和硅晶圆(红色)的二维截面,以及模拟中使用的源和监视器。


步骤一:建立模型

光刻胶选用rectangle structure,几何参数如图一,材料选择photoresist。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图一


石英衬底选用rectangle structure,几何参数如图二,材料选择quartz substrate。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图二


硅晶圆选用rectangle structure,几何参数如图三,材料选择silicon wafer。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图三


银色接触掩模选用rectangle structure,几何参数如图四,材料选择silicon wafer。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图四


步骤二:建立光源

模型建立完毕,接下来设置光源。

光源选择平面光,无相位延迟,几何参数如图五所示。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图五


步骤三:建立仿真区域

下一步设置仿真区域,几何参数如图六。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图六


步骤四:创建监视器

监视器1选用DFT监视器,几何参数如图七。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图七


监视器2选用时间监视器,几何参数如图八。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图八


监视器3选用电影监视器,几何参数如图九。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图九


监视器4选用DFT监视器,几何参数如图十。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图十


步骤五:加载脚本语言

Lumerical脚本语言代码:


run; f=getdata('Monitor1','f'); x=getdata('Monitor1','x'); y=getdata('Monitor1','y'); simf=f(1); E2=getelectric('Monitor1'); # plot cross section of nearfieldimage(x*1e9,y*1e9,E2,'x (nm)','y (nm)','Nearfield intensity (logscale)','logplot'); # plot y-slice of near field in middle of photoresist  yslice=46; ?y(yslice)*1e9; title='Near field intensity @'+num2str(c/simf*1e9)+' nm'; plot(x*1e9,pinch(E2,2,yslice),'x (nm)',title);


步骤六:结果分析

运行脚本后得到如下结果。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图十一


结果分析:通过银掩模层(y = 0 ~ 60 nm)和光阻层(y = -50 ~ 0 nm)的横截面近场强度的图以对数刻度表示。在银掩膜/光刻胶界面上可以清楚地看到表面等离子体模。周期结构允许法向入射光束与反向传播的表面等离子体波耦合,从而引起光刻胶层内部近场强度的亚波长变化[2]。


【案例】表面等离子体谐振纳米光刻

图十二


结果分析:可以看出,在光阻层中间,距离接触掩模30 nm处的近场光强被绘制成位置的函数。所示的高对比度允许极小尺寸约80纳米的图案转移到光刻胶上。用表面等离子体实现的亚波长结果远远低于436 nm源的衍射极限,因此适合纳米光刻应用。


参考文献:

[1]葛伟豪. 基于表面等离子体共振腔的可调谐纳米光刻技术研究[D].苏州大学,2011.

[2]刘洪超. 基于表面等离子体的超分辨干涉光刻原理和方法研究[D].中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所),2018.




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