Massproduktionen av platta optiska enheter med subvåglängdsstrukturer kan snart bli verklighet, tack vare en metasurface -tillverkningsteknik som utvecklats av forskare vid A*STAR.

Metasytor är syntetiska, tvådimensionella material täckta i små individuella former med storlekar och avstånd mindre än våglängderna för synligt ljus. Dessa 'sub-våglängd' strukturer gör det möjligt för forskare att exakt styra den förökande formen, eller vågfront, av ljusstrålar. Som sådan, metasurfaces visar löften för många applikationer, från högupplöst bildbehandling och färgutskrift till kontroll av ljuspolarisering. Massproduktion av metasytor, dock, har visat sig vara utmanande, begränsad av komplexiteten att förverkliga sådana exakta mönster.

Nu, Ting Hu och hans kollegor vid A*STAR's Institute of Microelectronics (IME) har utvecklat en metod för att bygga kiselbaserade metasytor genom att introducera befintliga tekniker från halvledartillverkning. Deras nya meta-ytdesign kan producera högupplösta röd-grön-blå (RGB) färgskärmar.

Tills nu, metasytor har huvudsakligen tillverkats via elektronstråle litografi (EBL), som inte är tillämplig på massproduktion, som Hu förklarar:

"Med EBL, den fokuserade elektronstrålen rör sig långsamt, steg för steg, över metasurface -substratet. Metasytor med miljontals - möjligen miljarder - element kräver mycket lång tid att mönstra via EBL. Vi önskade ett snabbare och mer effektivt sätt att mönstra. "

Hu och teamet baserade sin teknik på 'immersion litography', som länge har använts för att etsa mönster på elektroniska komponenter. Med flera exponeringar, komplexa mönster kan byggas upp. Forskarna använde ultraviolettbaserad (UV) litografi för inledande mönster på kiselsubstrat, följt av plasmaetsning för att bilda mönstren i små pixelblock som monterades till en 12-tums skärmyta (se bild).

"Vårt UV -litografiverktyg är en skanner, som kan mönstra en hel 12 -tums skiva med designade enheter inom en halvtimme, "säger Hu." Vi utformade de fysiska måtten på metanytornas nano-pelare för att exakt visa färger, med fantastiska resultat, till exempel att visa bokstäverna I, M och E i rött, grönt respektive blått. "

Hu och teamet hoppas kunna optimera sin design och förbättra etsningsprocessen för att minimera förluster som orsakas av ljusspridning och defekter i nanostrukturerna. De gör också ansträngningar för att förverkliga platt, lätta ”metalinser” och prickprojektorer med potentiella användningsområden inom teknik för ansiktsigenkänning.