書籍：《炬豐科技-半導體工藝》

文章：單層膠體晶體的微納米光刻技術研究進展

編號：JFKJ-21-405

作者：炬豐科技

摘要

???由于其迷人的特性和廣泛的應用，高度有序的納米結構在研究界引起了極大的興趣。微/納米球面透鏡光刻 (SLPL) 已被公認為一種廉價、本質上平行且高通量的方法來創(chuàng)建高度有序的納米結構?；谧越M裝膠體微/納米球的單層膠體晶體 (MCC) 的 SLPL 最近在克服傳統(tǒng)光刻在成本、特征尺寸、可調性和圖案復雜性方面的限制方面取得了顯著進展。在這篇綜述中，我們重點介紹了該領域當前的最新技術，重點是基于該技術制造各種高度有序的納米結構及其在發(fā)光二極管中的演示應用，納米圖案半導體和局部表面等離子體共振裝置。最后，我們展望了基于 MCC 的 SLPL 技術的未來發(fā)展，包括討論 MCC 質量的提高以及該技術與其他用于納米制造的半導體微加工工藝的兼容性。

圖形概要

介紹

? 近年來，對于用于創(chuàng)建大面積、高度有序和周期性納米結構的高通量和大規(guī)模并行制造策略的需求不斷增加，因為這些納米結構在許多器件中得到了廣泛的應用，例如發(fā)光二極管 (LED)， 燃料電池 , 高密度數(shù)據(jù)存儲, 光電探測器 , 表面等離子體 , 光子晶體 ?納濾 , 人造細胞 , 金屬-絕緣體-金屬 , 和多功能 DNA 陣列 . 高度有序的納米結構的實現(xiàn)可以通過包括浸沒式光刻在內(nèi)的許多制造技術來實現(xiàn), 電子束光刻 聚焦離子束光刻 , X 射線光刻, 深紫外光刻 紫外干涉光刻 ?納米壓印光, 近場掃描光學顯微鏡光刻 ，以及其他所謂的自上而下的方法。其中，大數(shù)值孔徑的浸沒式光刻為提高分辨率提供了可行的途徑，但缺乏高折射率匹配流體。

大面積高品質MCC的制造

? 單層膠體晶體是SLPL技術的基礎。它是一種二維 (2D) 周期性有序結構，由自組裝膠體微/納米球組成。由于 Denkov 等人首次報道膠體二維結晶機理鋁微/納米 領域，很多興趣都集中在 MCC 的制造上。在自組裝過程中，范德華力、空間排斥和庫侖排斥起平衡作用. 基于這樣的理解，已經(jīng)開發(fā)了多種自組裝 MCC 的策略，包括滴涂, 浸涂 , 旋涂 , 電泳沉積 在氣/液界面自組裝。

垂直曝光

? 垂直曝光是基于 MCC 的 SLPL 中使用最廣泛的方式，其中 UV 或 DUV 光垂直照射到 MCC。作為一種常見的單次曝光方法，垂直曝光已被用于制造各種納米結構，如納米盤, 納米孔, 納米柱 , 和納米孔陣列. 例如，Mohseni 等人。報道了一種垂直曝光方法，通過六角密堆積 (HCP) SiO2 或 P 的 MCC 在 PR 中產(chǎn)生大面積和高度有序的納米結構S納米球體埃雷斯 . 制造過程示意性地說明。 3a. 圖 3b顯示了獲得的高度有序的周期性納米孔陣列的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。納米孔直徑可以通過改變曝光時間來控制，晶格周期由不同的 SiO 控制2個納米球 直徑。

傾斜曝光

? 在經(jīng)典的基于 MCC 的傾斜曝光 SLPL 技術中，當載物臺以不同方向傾斜時，使用傳統(tǒng)的 UV 源來照亮 MCC。這種方法實際上是傳統(tǒng) SLPL 的衍生物。莫塞尼等人。證明了這種方法在大面積上產(chǎn)生一系列復雜的等離子體分子的能力。制造過程的經(jīng)典示意圖如圖所示圖 4一種。PS膠體微球產(chǎn)生聚焦的強傳播光束，可通過控制基材與紫外線照射之間的角度精確定位. 圖 4b 和 d 分別顯示了在垂直曝光和 15° 傾斜角曝光下，由折射率為 1.59 且直徑為 4 μm 的 PS 微球聚焦的 UV 電場強度圖的 FDTD 模擬。

3D光刻

? 除了高度有序的2D納米結構外，有序的3D納米結構也因其廣泛的應用而受到廣泛關注. 已經(jīng)開發(fā)了“自上而下”或“自下而上”的方法來制備高度有序的 3D 納米結構. 盡管基于 MCC 的

? SLPL 已被廣泛用于制備高度有序的納米結構，但這些結構僅限于二維幾何形狀。最近，通過利用 2D 納米球透鏡陣列產(chǎn)生的強度分布的體積特性，首次成功實現(xiàn)了 3D 高度有序的納米結構. 該過程示意性地說明在圖 7a，單層膠體納米球組裝在厚的 PR 層上，并用法向入射光照射。

光子晶體 (PhC) 結構

? 與隨機表面紋理相比，由于所謂的光子帶隙，PhC 結構可以更好地控制光發(fā)射的方向性。最近，基于 MCC 的 SLPL 技術已被用于在 GaN LED 表面構建 PhC 結構以改善其 LOP。2014 年，魏等人?報道了通過單 (PhC1)、雙 (PhC2)、三 (PhC3) 和四 (PhC4) 曝光 SLPL 技術制造的 p-GaN 層中具有不同 PhC 結構的 LED，如圖所示 圖 9一種。3D FDTD用于模擬光傳播行為