Nanolitografija ultravioletinei optikai (UVDIODE)

 

Projekto nr.: MIP-067/2015

Projekto aprašymas:

Projektas skirtas UV spinduliuotę fokusuojančių polimerinių mikrolęšių gamybos technologijos sukūrimui, taikant naujus nanolitografijos metodus – 3D elektroninę nanolitografiją bei UV nanoįspaudimo litografiją.  Tokie mikrolęšiai gali būti naudojami InAlGaN šviestukuose, siekiant padidinti jų generuojamos UV šviesos erdvinę skyrą ir šviesos galios tankį.

Projekto finansavimas:

Lietuvos mokslo tarybos parama moksliniams tyrimams, Mokslininkų grupių projektai

Projekto rezultatai:

Šiame darbe mikrolęšiai buvo formuojami ant kvarcinio stiklo padėklų, taikant moduliuotos dozės 3D elektroninės litografijos technologiją bei terminio mikroaplydymo techniką. Mikrolęšių dėmės skersmuo fokuso plokštumoje buvo matuojamas optiniu mikroskopu, o geometriniai parametrai vertinami skenuojančio zondo atominių jėgų mikroskopu. Parodyta, kad mikrolęšių forma daug priklauso nuo eksponavimo dozės. Eksponavimo dozei kintant nuo 80 iki 140 µC/cm2, 16 ?m skersmens mikrolęšio vidutinis kvadratinis profilio nuokrypis nuo matematinės formos padidėja nuo 237 iki 127 nm, o vidutinis kvadratinis paviršiaus šiurkštumas Rq padidėja nuo 520.7 iki 564.6 nm. Mikrolęšių profilio forma artimesnė matematinei kreivei, esant didesnei eksponavimo dozei. PMMA suformuoti mikrolęšiai perkelti į kvarcinio stiklo padėklą, taikant sauso ėsdinimo CF4/O2 dujų plazmoje techniką. PMMA ir kvarcinio stiklo ėsdinimo greičių santykis ištirtas plačiuose slėgio, plazmos galios tankio ir O2 koncentracijos dujų mišinyje intervaluose. Parodyta, kad, esant nedideliam plazmos galios tankiui, PMMA ir kvarcinio stiklo ėsdinimo greičių santykis siekia 4, o plazmos galios tankiui padidėjus iki 1.25 W/cm2, ėsdinimo greičių santykis sumažėja iki maždaug 2.4. Nustatyta, kad O2 koncentracija dujų mišinyje lemia PMMA ir kvarcinio stiklo ėsdinimo greičių santykį. Santykis nežymiai didėja, kol O2 koncentracija neviršija 20%, o toliau didinant deguonies koncentraciją, stebimas lūžio taškas, ties kuriuo kvarcinio stiklo ėsdinimo greitis pradeda smarkiai mažėti ir ėsdinimo greičių santykis gerokai padidėja. PMMA bandinių FTIR analizė parodė, kad CH valentiniai virpesiai ir –OH grupės mažėja, didėjant poveikio laikui. Po 30 min. plazmos poveikio ryškūs C-F valentiniai virpesiai stebimi ties 1108 cm-1. Tai galima paaiškinti struktūriniais pokyčiais PMMA plėvelėje, kurie pasireiškia atsparesnės plazmocheminiam poveikiui anglies fluorido plėvelės susiformavimu. XPS paviršiaus elementinės sudėties analizė taip pat parodė CFn jungčių didėjimą plazmos poveikyje. Nustatyta, kad, formuojantis anglies fluorido plėvelei, PMMA ėsdinimo greitis kinta, priklausomai nuo CF4/O2 plazmos poveikio trukmės, todėl perkeliamo į kvarcinį stiklo 3D mikrolęšio profilis skiriasi nuo pradinio. Išbandyta nauja mikrolęšių matricų formavimo technologija terminio mikroaplydymo metodu ant skirtingo vilgumo pagrindų, paruoštų plazmocheminiais ir joniniais metodais. Parodyta, kad esant identiškoms terminio aplydymo sąlygoms, pagamintų mikrolęšių matricų defektiškumas ir mikrolęšių forma priklauso nuo pagrindų paviršiaus paruošimo būdo. Skirtumai itin išryškėja mažesnio skersmens lęšiams. Geriausi rezultatai gauti mikrolęšių matricoms ant deimanto tipo anglies dangomis (DTAD) ir SiOx legiruotomis DTAD padengtų kvarcinio stiklo pagrindų. UV nanoįspaudimo litografijos metodu išgaubtos formos mikrolęšiai buvo sėkmingai replikuoti OrmoComp sluoksniuose ant H2 plazma paveiktų fluoropolimerinių FEP ir ETFE pagrindų, esant 7,1 kPa įspaudimo slėgiui ir 1100 mJ/cm2 ekspozicijos dozei. Optinių savybių tyrimai patvirtino gerą replikuotų mikrolęšių formos atsikartojamumą ir fokusavimo gebą visame replikų paviršiuje. Nustatyti struktūriniai pokyčiai FEP plėvelėse po procedūrų, imituojančių ekstremalias aplinkos sąlygas. 200 °C temperatūros bei UV spindulių poveikis sąlygojo kristalitų persitvarkymą ir anizotropijos pokyčius. Anizotropiškumo padidėjimas FEP plėvelėse lėmė jų mechaninių savybių (Jungo modulio ir takumo ribos) skirtumus. Struktūriniai pokyčiai kiekybiškai įvertinti lazerinės abliacijos metodu.

Projekto įgyvendinimo laikotarpis: 2015-05-01 - 2017-10-31

Projekto koordinatorius: Kauno technologijos universitetas