Plasmonisk nanolitografi - Plasmonic nanolithography
Plasmonisk nanolitografi (også kjent som plasmonisk litografi eller plasmonisk fotolitografi ) er en nanolitografisk prosess som bruker overflateplasmon- eksitasjoner som overflateplasmon-polaritoner (SPP) for å produsere strukturer i nanoskala. SPP, som er overflatebølger som forplanter seg mellom plane dielektriske metallag i det optiske regimet, kan omgå diffraksjonsgrensen på den optiske oppløsningen som fungerer som en flaskehals for konvensjonell fotolitografi .
Teori
Overflateplasmon polaritoner er overflatelektromagnetiske bølger som forplanter seg mellom to flater med skiftende permittiviteter . De stammer fra kobling av fotoner til plasmasvingninger , kvantifisert som plasmoner . SPP resulterer i sviktende felt som forfaller vinkelrett på grensesnittet der forplantningen skjer. Den dispersjonsrelasjon for SPPS muliggjør magnetisering av bølgelengder kortere enn frirommet bølgelengde av det innkommende lys, i tillegg sikrer Subwavelength felt sperring. Likevel krever eksitasjon av SPPs momentum mismatch; prisme og gitterkoblingsmetoder er vanlige. For plasmoniske nanolitografiprosesser oppnås dette gjennom overflateruhet og perforeringer.
Metoder
Plasmonisk kontaktlitografi , en modifikasjon på den forvitrende nærfeltlitografien , bruker en fotomaske av metall som SPP-ene er begeistret for. I likhet med vanlige fotolitografiske prosesser blir fotoresist eksponert for SPP som forplantes fra masken. Fotomasker med hull muliggjør gitterkobling av SPP; feltene forplantes bare for nanometer. Srituravanich et al. har demonstrert den litografiske prosessen eksperimentelt med en 2D sølv hull array maske; 90 nm hullarrays ble produsert ved 365 nm bølgelengde, noe som er utenfor diffraksjonsgrensen. Zayats og Smolyaninov benyttes en flerlags metallfilm maske for å forbedre den Subwavelength åpning ; slike strukturer kan realiseres ved tynnfilmavsetningsmetoder . Bowtie-blenderåpninger og nanogap ble også foreslått som alternative blenderåpninger. En versjon av metoden, kalt overflate plasmon interferens nanolithography av Liu et al., Bruker SPP interferens mønstre . Til tross for å tilby høy oppløsning og gjennomstrømning, blir plasmonisk kontaktlitografi sett på som en kostbar og kompleks metode; forurensning på grunn av kontakt er også en begrensende faktor.
Planal lens imaging nanolithography bruker plasmoniske linser eller negativ-indeks superlinser , som først ble foreslått av John Pendry . Mange superlens-design, som Pendrys tynne sølvfilm eller Fang et al .'s superlens, drar nytte av plasmoniske eksitasjoner for å fokusere Fourier-komponenter av innkommende lys utover diffraksjonsgrensen. Chaturvedi et al. har demonstrert avbildning av et 30 nm krom gitter gjennom sølv superlens fotolitografi ved 380 nm, mens Shi et al. simulerte en 20 nm litografioppløsning ved 193 nm bølgelengde med en aluminiums superlens. Srituravanich et al. har utviklet en mekanisk justerbar, svevende plasmonisk linse for maskeløs nærfelt nanolitografi, mens en annen maskeløs tilnærming fra Pan et al. bruker en "multi-stage plasmonic lens" for progressiv kobling.
Plasmonisk direkte skriving er en maskeløs form for fotolitografi som er basert på skanning av sonde litografi ; metoden bruker lokaliserte overflateplasmon (LSP) forbedringer fra innebygde plasmoniske skanningssonder for å eksponere fotoresisten. Wang et al. eksperimentelt demonstrert 100 nm feltinneslutning med denne metoden. Kim et al. har utviklet en skanningsprobe med en oppløsnings ~ 50 nm med en mønsterhastighet på ~ 10 mm / s. Gull nanopartikler og andre Plasmonic nanostrukturer som nanogaps er blitt anvendt som masker for litografi; etsning i dette tilfellet kan oppnås enten gjennom fotomaskeringsprinsipper eller forbedret lokal oppvarming i nærheten av nanostrukturen på grunn av LSP-resonanser. Lin et al. brukte også lokaliserte termiske eksitasjoner i nanopartikler i gull for å fremstille todimensjonale strukturer som mønstret grafen og molybdendisulfid- monolag i en prosess som ble betegnet som "optotermoplasmonisk nanolitografi." Fotokjemiske effekter av LSP-resonanser ble også brukt som katalysator i litografiske prosesser: Saito et al. demonstrerte selektiv etsning av sølvnanokuber på titandioksydsubstrater ved hjelp av plasmon-indusert ladningsseparasjon .