激光代替光刻可降低超表面生产成本

来源：科技日报
时间：2023-08-02 10:57:16

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科技日报驻俄罗斯记者董映璧

俄罗斯国立研究型大学莫斯科电子技术学院科研人员，使用激光脉冲代替光刻开发出了一种为信息显示设备创建元件的新技术。这将加速降低下一代显示器和各种光学系统超表面的生产成本。研究结果发表在新一期《应用表面科学》上。

超表面是带有周期性图案的结构，可用于控制电磁波和光波。在此基础上，可使用介电材料、金属材料以及相变材料。而相变材料能改变相态，从而改变取决于外部辐射的特性。

在由相变材料GST（锗—锑—碲系统的化合物）制成的超表面的基础上，研究人员开发了能借助光波显示信息的新型紧凑型设备。其中包括超薄显示器、增强现实和虚拟现实耳机以及全息投影仪。然而，对薄膜表面进行纳米结构化以将其转变为多功能表面的过程，迄今仍使用劳动密集型且成本高昂的光刻技术进行。首先要在模板（掩模）上创建必要的超表面图像，然后以选定的分辨率将其转移到物体上。

为了降低薄膜结构形成的成本并加快这一过程，莫斯科电子技术学院联合其他科研机构使用激光脉冲代替光刻。研究人员称，借助超短脉冲的激光辐照，可更快、更容易地在GST上创建有序的纳米结构。要形成有序的表面，利用预先实现的过程，即在激光的作用下破坏之前的材料。解决方案的主要优势是脉冲触发表面上结构的自我组织。根据脉冲的强度和数量，可能形成3种不同类型的结构，其中最令人好奇的是周期性排列的相同尺寸的纳米球。这些形状很难形成，其半径可达150纳米。

以前，如果不使用额外的技术，就无法在这些材料中获得它们，但现在，除了激光装置和薄膜本身之外，获得同一样式的纳米球不需要任何设备。这些球体是由于熔化的细丝衰变而产生的。在此情况下，激光照射能量的增加会引起传质过程，从而导致纳米球链转变为周期性浮雕。上述技术使得创建高度有序的纳米透镜和光学纳米光栅成为可能，并有望进一步与各种光学系统一体化，包括信息显示系统。

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