Нанолитография

Комплекс двухфотонной лазерной нанолитографии позволяет создавать планарные и трехмерные наноструктуры с разрешением 150 нм на основе коммерчески доступных фоторезистов методом прямой лазерной записи (direct laser writing). В основе комплекса используется импульсный фемтосекундный титан-сапфировый лазер, излучение которого жестко фокусируется в объем фоторезиста для осуществления процесса полимеризации в центральной области перетяжки. Перемещение луча в объеме фоторезиста осуществляется при помощи набора прецизионных пьезотрансляторов и поворотных зеркал, автоматизированное управление которыми позволяет создавать сложные трехмерные наноструктуры с геометрией, полностью соответствующей компьютерной модели. С помощью прибора можно изготавливать следующие типы структур: трехмерные фотонные кристаллы, оптические метаматериалы и оптические волноводы, трехмерные скелеты под рост клеток для биологических применений, структуры с микроканалами и микромеханические элементы для микро-и нанофлюидики, механические метаматериалы и другие трехмерные микро- и наноструктуры заданной геометрии. Создаваемые прибором структуры крайне востребованы в таких областях науки как оптика метаматериалов, нанофотоника, текекоммуникационные технологии, микрофлюидика, биология.

 

Технология двухфотонной лазерной нанолитографии - единственная на сегодняшний день технология,  с помощью которой можно изготавливать полностью трехмерные, предварительно спроектированные на компьютере, объекты практически произвольной формы, с субмикронными размерами отдельных элементов. Эффект прямой лазерной записи основан на явлении двухфотонного поглощения в объеме фоторезиста, которое инициирует фотохимическую реакцию в области перетяжки лазерного луча: фотополимеризацию или фотодеструкцию. При этом засвеченные участки фоторезиста либо перестают растворяться в проявителе (для негативных фоторезистов), либо в следствии фотодеструкции приобретают растворимость (лдя позитивных фоторезистов). Пороговый характер процесса полимеризации по отношению к интенсивности  лазерного излучения обеспечивает возможность создания наноструктур с разрешением, не ограниченным дифракционным пределом. Комплекс двухфотонной лазерной нанолитографии позволяет получать структуры на основе негативных и позитивных фоторезистов с высоким разрешением (100 – 150 нм), с хорошими механическими и оптическими свойствами, химической и температурной стабильностью.

 

В основе комплекса двухфотонной лазерной нанолитографии используется фемтосекундный лазер со встроенным регенеративным усилителем Libra-HE фирмы Coherent, который генерирует лазерные импульсы с длительностью 50-150 фс, энергией в импульсе от 1 нДж до 3.5 мДж и частотой повторения 1 кГц, за счет чего каждый воксель (трехмерный пиксель) создается единичным фемтосекундным импульсом. Такой подход значительно снижает нагрев области полимеризации, что приводит к существенному улучшению разрешения метода. Благодаря использованию современных гальво- и пьезо-технологий обеспечивается быстрота и точность экспонирования, а площадь структур достигает сантиметрового диапазона. Комплекс двухфотонной лазерной нанолитографии является полностью автоматизированным. Программный пакет включает в себя управляющий интерфейс для системы лазерной литографии, инструмент для конвертации данных форматов CAD - STL и редактор для программирования в формате скриптинга для написания собственных алгоритмов создания трехмерных наноструктур. Все модули программного пакета имеют интуитивно понятный пользовательский интерфейс и обеспечивают полную программную совместимость с форматами данных CAD (STL и DXF). Высокая степень автоматизации комплекса обеспечивает точное соответствие создаваемых структур их компьютерным моделям и воспроизводимость.

 

Технические характеристики комплекса двухфотонной лазерной нанолитографии:

 

Разрешение: <200 нм в поперечном направлении, <800 нм по вертикали

Скорость экспонирования: от 10 мкм/с до 10 мм/с

Диапазон экспонирования: 140 х 140 х 100 мкм3

Доступная область экспонирования: 110 х 70 мм2

Объектив: Масляный иммерсионный объектив 100X, NA=1.4

Фемтосекундный лазер: титан-сапфировый лазер со встроенным регенеративным усилителем Libra-HE (центральная длина волны – 800 нм, частота повторения - 1 кГц, длительность импульса <100 фс, энергия в импульсе >3.5 мДж, максимальная средняя мощность >3.5 Вт)

Стоимость комплекса двухфотонной лазерной нанолитографии – 59000000 руб.