Integrerade optiska signaldistributions-, bearbetnings- och avkänningsnätverk kräver miniatyrisering av grundläggande optiska element, såsom vågledare, splitters, gitter och optiska omkopplare. För att uppnå detta krävs tillverkningsmetoder som möjliggör högupplöst tillverkning.
Böjda element som böjar och ringresonatorer är särskilt utmanande att tillverka, eftersom de behöver ännu högre upplösning och lägre sidoväggar. Dessutom är tillverkningstekniker med exakt kontroll av absoluta strukturdimensioner absolut nödvändiga.
Flera teknologier har utvecklats för subvåglängds högupplöst tillverkning, såsom direkt laserskrivning, multifotonlitografi, elektronstrålelitografi, jonstrålelitografi och dominolithografi. Dessa tekniker är dock kostsamma, komplexa och tidskrävande. Nanoimprint litografi är en framväxande replikeringsteknik väl lämpad för högupplöst och effektiv tillverkning. Det kräver dock masterstämplar av hög kvalitet, som vanligtvis produceras med elektronstrålelitografi.
I en ny Light:Advanced Manufacturing papper, vetenskapsmän Dr.-Ing. Lei Zheng et al. från Leibniz University Hannover har utvecklat en låg kostnad och användarvänlig tillverkningsteknik, kallad UV-LED-baserad mikroskopprojektionsfotolitografi (MPP), för snabb högupplöst tillverkning av optiska element inom några sekunder. Detta tillvägagångssätt överför strukturmönster på en fotomask till ett fotoresistbelagt substrat under UV-belysning.
MPP-systemet är baserat på optiska och optomekaniska standardelement. Istället för en kvicksilverlampa eller en laser används en extremt lågpris UV-LED med en våglängd på 365 nm som ljuskälla.
Forskarna utvecklade en föregående process för att erhålla den strukturmönstrade krommasken som krävs i MPP. Det inkluderar strukturdesign, utskrift på en transparent folie och mönsteröverföring till kromfotomasken. De etablerade en litografisk uppställning för framställning av fotomasker också. Strukturmönster tryckta på den genomskinliga folien kan överföras till en kromfotomask med denna inställning och en efterföljande våtetsningsprocess.
MPP-systemet kan tillverka högupplösta optiska element med funktionsstorlekar ner till 85 nm. Detta är jämförbart med upplösningen av mycket dyrare och mer komplexa tillverkningsmetoder, såsom multifoton- och elektronstrålelitografi. MPP skulle kunna användas för att tillverka mikrofluidiska enheter, biosensorer och andra optiska enheter.
Denna tillverkningsmetod som utvecklats av forskarna är ett betydande framsteg inom litografiområdet för snabb och högupplöst strukturering av optiska element. Den är särskilt väl lämpad för applikationer där snabb prototypframställning och lågkostnadstillverkning är viktigt. Det kan till exempel användas för att utveckla nya optiska enheter för biomedicinsk forskning eller för att prototyper av nya MEMS-enheter för konsumentelektroniktillämpningar.
Mer information: Lei Zheng et al, Funktionsstorlek under 100 nm realiserad med UV-LED-baserad mikroskopprojektionsfotolitografi, Ljus:avancerad tillverkning (2023). DOI:10.37188/lam.2023.033
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
