Metoda přípravy periodických plasmonických nanostruktur založená na čtyřsvazkové interferenční litografii

Rok: 2014

Prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.

Pracovníci výzkumného týmu Optické biosenzory vyvinuli novou techniku výroby periodických plasmonických nanostruktur pomocí interference čtyř koherentních laserových svazků [1]. Tato technika využívá speciální pravoúhlý koutový odražeč (Obr.1a), ve kterém po osvitu rozšířeným koherentním laserovým svazkem a jeho odrazech jeho jednotlivých částí na zrcadlech dochází k interferenci čtyř svazků a vzniku interferenčního obrazce (Obr. 1b). Periody interferenčního obrazce v obou na sebe kolmých směrech lze měnit pomocí naklápěním koutového odražeče vůči dopadajícímu laserovému svazku. Vzniklý interferenční obrazec je využit k osvětlení světlocitlivé vrstvy a jejímu nanostrukturování pomocí odmytí osvětlených míst (interferenční maxima) ve vývojce (Obr. 1c). Periodická pole plasmonických nanočástic byla poté vyrobena napařením zlata skrz otvory v nanostrukturovaném fotorezistu (Obr. 1d).

Obrázek č. 1 –Schéma pravoúhlého koutového odražeče pro 4-svazkovou interferenci tvořeného dvěma zrcadly a vzorkem se světlocitlivou vrstvou. b) Ukázka dvou různých interferenčních obrazců spočtených pro dvě různá natočení koutového odražeče vůči dopadajícímu koherentnímu svazku. c) Povrch nanostrukturovaných vrstvev po vyvolání zobrazený pomocí mikroskopie atomárních sil. d) Mikrofotografie uspořádaných polí zlatých nanočástic pořízená elektronovýmo mikroskopem.

S použitím He-Cd laseru s vlnovou délkou 325 nm byly pomocí této techniky vyrobeny periodické plasmonické nanostruktury bez defektů s periodami od 220 nm do 1500 nm. Ve srovnání s elektronovou litografií (EBL) umožňuje tato technika výrobu periodických polí bez fázových posunů na velké ploše (až 50 mm2) při mnohem vyšší rychlosti zápisu (řádově jednotky minut). Díky vysokému kontrastu interferenčního obrazce není zapotřebí dodatečného leptání v reaktivní plasmě (RIE), a proto lze nanostruktury připravit i na méně odolných (polymerních) vrstvách. Vysoký kontrast navíc umožnil vyrobit struktury s velikostí částic menší než 100 nm.

Publikace:

1. M. Vala, J. Homola: Flexible method based on four-beam interference lithography for fabrication of large areas of perfectly periodic plasmonic arrays, Optics Express 22(15), 18778-18789 (2014).