《炬丰科技-半导体工艺》单层胶体晶体的微纳米光刻技术研究进展

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：单层胶体晶体的微纳米光刻技术研究进展

编号：JFKJ-21-405

作者：炬丰科技

摘要

   由于其迷人的特性和广泛的应用，高度有序的纳米结构在研究界引起了极大的兴趣。微/纳米球面透镜光刻 (SLPL) 已被公认为一种廉价、本质上平行且高通量的方法来创建高度有序的纳米结构。基于自组装胶体微/纳米球的单层胶体晶体 (MCC) 的 SLPL 最近在克服传统光刻在成本、特征尺寸、可调性和图案复杂性方面的限制方面取得了显着进展。在这篇综述中，我们重点介绍了该领域当前的最新技术，重点是基于该技术制造各种高度有序的纳米结构及其在发光二极管中的演示应用，纳米图案半导体和局部表面等离子体共振装置。最后，我们展望了基于 MCC 的 SLPL 技术的未来发展，包括讨论 MCC 质量的提高以及该技术与其他用于纳米制造的半导体微加工工艺的兼容性。

图形概要

介绍

  近年来，对于用于创建大面积、高度有序和周期性纳米结构的高通量和大规模并行制造策略的需求不断增加，因为这些纳米结构在许多器件中得到了广泛的应用，例如发光二极管 (LED)， 燃料电池 , 高密度数据存储, 光电探测器 , 表面等离子体 , 光子晶体  纳滤 , 人造细胞 , 金属-绝缘体-金属 , 和多功能 DNA 阵列 . 高度有序的纳米结构的实现可以通过包括浸没式光刻在内的许多制造技术来实现, 电子束光刻 聚焦离子束光刻 , X 射线光刻, 深紫外光刻 紫外干涉光刻  纳米压印光, 近场扫描光学显微镜光刻 ，以及其他所谓的自上而下的方法。其中，大数值孔径的浸没式光刻为提高分辨率提供了可行的途径，但缺乏高折射率匹配流体。

大面积高品质MCC的制造

  单层胶体晶体是SLPL技术的基础。它是一种二维 (2D) 周期性有序结构，由自组装胶体微/纳米球组成。由于 Denkov 等人首次报道胶体二维结晶机理铝微/纳米 领域，很多兴趣都集中在 MCC 的制造上。在自组装过程中，范德华力、空间排斥和库仑排斥起平衡作用. 基于这样的理解，已经开发了多种自组装 MCC 的策略，包括滴涂, 浸涂 , 旋涂 , 电泳沉积 在气/液界面自组装。

垂直曝光

  垂直曝光是基于 MCC 的 SLPL 中使用最广泛的方式，其中 UV 或 DUV 光垂直照射到 MCC。作为一种常见的单次曝光方法，垂直曝光已被用于制造各种纳米结构，如纳米盘, 纳米孔, 纳米柱 , 和纳米孔阵列. 例如，Mohseni 等人。报道了一种垂直曝光方法，通过六角密堆积 (HCP) SiO2 或 P 的 MCC 在 PR 中产生大面积和高度有序的纳米结构S纳米球体埃雷斯 . 制造过程示意性地说明。 3a. 图 3b显示了获得的高度有序的周期性纳米孔阵列的扫描电子显微镜（SEM）图像。纳米孔直径可以通过改变曝光时间来控制，晶格周期由不同的 SiO 控制2个纳米球 直径。

倾斜曝光

  在经典的基于 MCC 的倾斜曝光 SLPL 技术中，当载物台以不同方向倾斜时，使用传统的 UV 源来照亮 MCC。这种方法实际上是传统 SLPL 的衍生物。莫塞尼等人。证明了这种方法在大面积上产生一系列复杂的等离子体分子的能力。制造过程的经典示意图如图所示图 4一种。PS胶体微球产生聚焦的强传播光束，可通过控制基材与紫外线照射之间的角度精确定位. 图 4b 和 d 分别显示了在垂直曝光和 15° 倾斜角曝光下，由折射率为 1.59 且直径为 4 μm 的 PS 微球聚焦的 UV 电场强度图的 FDTD 模拟。

3D光刻

  除了高度有序的2D纳米结构外，有序的3D纳米结构也因其广泛的应用而受到广泛关注. 已经开发了“自上而下”或“自下而上”的方法来制备高度有序的 3D 纳米结构. 尽管基于 MCC 的

  SLPL 已被广泛用于制备高度有序的纳米结构，但这些结构仅限于二维几何形状。最近，通过利用 2D 纳米球透镜阵列产生的强度分布的体积特性，首次成功实现了 3D 高度有序的纳米结构. 该过程示意性地说明在图 7a，单层胶体纳米球组装在厚的 PR 层上，并用法向入射光照射。

光子晶体 (PhC) 结构

  与随机表面纹理相比，由于所谓的光子带隙，PhC 结构可以更好地控制光发射的方向性。最近，基于 MCC 的 SLPL 技术已被用于在 GaN LED 表面构建 PhC 结构以改善其 LOP。2014 年，魏等人 报道了通过单 (PhC1)、双 (PhC2)、三 (PhC3) 和四 (PhC4) 曝光 SLPL 技术制造的 p-GaN 层中具有不同 PhC 结构的 LED，如图所示 图 9一种。3D FDTD用于模拟光传播行为