[发明专利]一种激光倏逝波近场干涉量子光刻制备纳米阵列的方法

说明书

本发明公开了一种激光倏逝波近场干涉量子光刻制备纳米阵列的方法，属于光电技术领域。该方法首先将金属离子与稀土离子掺杂到光刻胶中，得到可在倏逝驻波光的作用下实现量子空间限制作用的复合离子掺杂光刻胶；然后将复合光刻胶旋涂在衬底上，通过多次旋涂和烘干，得到均匀、厚度较薄的光刻胶镀膜；再通过构建激光倏逝驻波近场干涉量子光刻系统，基于近场周期倏逝驻波光场与掺杂光刻胶的量子多光子曝光原理，进行激光倏逝驻波近场干涉量子光刻，得到纳米阵列。制备的纳米阵列具有周期可调、单元结构尺寸小、宏观量子性能优异等优势，使得纳米阵列器件具备优异的宏观量子效应性能。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种激光倏逝波近场干涉量子光刻制备纳米阵列的方法。

背景技术

光刻是制备集成电路的一个关键工艺环节，其最终目的是将掩模板上所设计的图案复制到晶圆硅片上，为后续的刻蚀传递图形或者离子注入工序做准备。半导体器件中单个纳米尺度的半导体量子点结构由于量子效应，使其表现出极佳的光电特性；然而，大量的量子点所表现出的宏观量子效应，却需要在平面衬底上制备周期纳米孔阵，引导量子点的生长，实现对量子点尺寸、密度、形状、均匀性的精确控制与调节。

近年来，国内外很多研究小组都在广泛开展超分辨光刻方面的研究，并取得了一些突破。2004年，中科院光电技术研究所报道了利用工作波长436nm(g线)的光源照射周期300nm的Ag掩模光栅获得了1/3掩模周期的SPs干涉光刻图形。这种方法可以产生分辨力很高的纳米图形，且图形周期由掩模图形周期决定。但是，限于表面传输的SPs在干涉光刻方面仍有一些缺陷，比如干涉光场不均匀、干涉图形区域面积小、掩模需要用聚焦离子束(FIB)或者电子束刻蚀(EBL)等昂贵的加工手段；另外，掩模激发的多级次衍射波直接传输到光刻胶层，较宽的传输频谱容易受纳米薄膜粗糙度或者其它缺陷的影响，这些不足限制了SPs干涉的实际应用，这也是SPs干涉光刻亟待解决的问题。

2012年，罗马里亚的Eugen Pavel提出量子光学光刻方法，光刻线宽可达纳米尺度。该方法的关键技术是荧光光刻胶技术，采用量子直写光刻，光斑中电场梯度使得光刻胶中银离子和稀土离子之间的协同作用产生量子多光子过程，其中的激子能量转移过程实现量子空间限制，能使500nm光斑范围内的能量转移至直径小于1nm的反应中心，使得光刻线宽缩小至纳米级甚至亚纳米级。但是其方法产生的光刻图形周期性和边缘质量较差，不能很好的应用到实际生产中。

对于基于大规模微纳阵列结构的光电器件，例如周期点阵结构排布的石墨烯量子点阵列的宏观量子效应，能满足其在基础研究和产业界中的共性需求。然而，由于石墨烯量子点单元的尺寸、边缘质量和阵列面积及密度的不同，其物理特性也有很大的差异，因此，继续努力开发大面积、高质量、小尺寸、小周期石墨烯量子点阵列的制造技术至关重要。

发明内容

为了实现大面积、高质量、尺寸周期可调的纳米阵列制备的目的，本发明提供了一种激光倏逝波近场干涉量子光刻制备纳米阵列的方法。该方法首先将金属离子与稀土离子掺杂到光刻胶中，得到可在倏逝驻波光的作用下实现量子空间限制作用的复合离子掺杂光刻胶；其次将复合光刻胶旋涂在衬底上，通过多次旋涂和烘干，得到均匀、厚度较薄的光刻胶镀膜；再通过构建激光倏逝驻波近场干涉量子光刻系统，基于近场周期倏逝驻波光场与掺杂光刻胶的量子多光子曝光原理，进行激光倏逝驻波近场干涉量子光刻。制备的纳米阵列具有周期可调、单元结构尺寸小、宏观量子性能优异等优势。使得纳米阵列器件具备优异的宏观量子效应性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种激光倏逝波近场干涉量子光刻制备纳米阵列的方法，包括以下步骤：

步骤1.将金属离子与稀土离子掺杂到光刻胶中，得到复合离子掺杂光刻胶；

分别称取一定比例的金属离子化合物和稀土离子化合物溶解在无水乙醇溶液中，并与光刻胶混合均匀，得到可在倏逝驻波光的作用下实现量子空间限制作用的复合离子掺杂光刻胶。