Geïntegreerde optische signaaldistributie-, verwerkings- en detectienetwerken vereisen de miniaturisatie van optische basiselementen, zoals golfgeleiders, splitters, roosters en optische schakelaars. Om dit te bereiken zijn fabricagebenaderingen nodig die productie met hoge resolutie mogelijk maken.

Gebogen elementen zoals bochten en ringresonatoren zijn bijzonder lastig te fabriceren, omdat ze een nog hogere resolutie en een lagere zijwandruwheid nodig hebben. Bovendien zijn fabricagetechnieken met nauwkeurige controle van de absolute structuurafmetingen absoluut noodzakelijk.

Er zijn verschillende technologieën ontwikkeld voor productie met hoge resolutie onder de golflengte, zoals direct laserschrijven, multi-fotonenlithografie, elektronenbundellithografie, ionenbundellithografie en dominolithografie. Deze technologieën zijn echter kostbaar, complex en tijdrovend. Nanoimprint-lithografie is een opkomende replicatietechniek die zeer geschikt is voor efficiënte productie met hoge resolutie. Hiervoor zijn echter meesterstempels van hoge kwaliteit nodig, die meestal worden geproduceerd met behulp van elektronenbundellithografie.

In een nieuw Licht:geavanceerde productie artikel, wetenschappers Dr.-Ing. Lei Zheng et al. van de Leibniz Universiteit Hannover hebben een goedkope en gebruiksvriendelijke fabricagetechniek ontwikkeld, genaamd UV-LED-gebaseerde microscoopprojectiefotolithografie (MPP), voor snelle productie van optische elementen met hoge resolutie binnen enkele seconden. Deze aanpak brengt structuurpatronen op een fotomasker over naar een met fotoresist gecoat substraat onder UV-verlichting.

Het MPP-systeem is gebaseerd op standaard optische en optomechanische elementen. In plaats van een kwiklamp of een laser wordt als lichtbron een extreem goedkope UV-LED met een golflengte van 365 nm gebruikt.

De onderzoekers ontwikkelden een voorafgaand proces om het chroommasker met structuurpatroon te verkrijgen dat vereist is in MPP. Het omvat het structuurontwerp, het printen op een transparante folie en de patroonoverdracht op het chroomfotomasker. Ze richtten ook een lithografische opstelling op voor de vervaardiging van fotomaskers. Structuurpatronen die op de transparante folie zijn afgedrukt, kunnen met deze opstelling en een daaropvolgend natetsproces worden overgebracht naar een chroomfotomasker.

Het MPP-systeem kan optische elementen met hoge resolutie fabriceren met functiegroottes tot 85 nm. Dit is vergelijkbaar met de resolutie van veel duurdere en complexere fabricagemethoden, zoals multi-foton- en elektronenbundellithografie. MPP zou kunnen worden gebruikt om microfluïdische apparaten, biosensoren en andere optische apparaten te vervaardigen.

Deze door de onderzoekers ontwikkelde fabricageaanpak is een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van lithografie voor de snelle structurering van optische elementen met hoge resolutie. Het is bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij snelle prototyping en goedkope fabricage belangrijk zijn. Het zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om nieuwe optische apparaten te ontwikkelen voor biomedisch onderzoek of om nieuwe MEMS-apparaten te prototypen voor toepassingen in consumentenelektronica.

Meer informatie: Lei Zheng et al, Functiegrootte onder 100 nm gerealiseerd door UV-LED-gebaseerde microscoopprojectiefotolithografie, Licht:geavanceerde productie (2023). DOI:10.37188/lam.2023.033

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen