Научная группа субволновой оптики и микролитографии
Поговорили с Владимиром Викторовичем Поповым — старшим научным сотрудником кафедры общей физики, кандидатом физико-математических наук — о том, какие возможности открывает электронно-лучевая литография для изготовления микроструктур, позволяющих заданным образом преобразовывать световые пучки, и создания устройств с необычными оптическими свойствами.
Какое направление у вашей научной группы?
Мы занимаемся проектированием, изготовлением и изучением микроструктур с размерами порядка длины волны света. В зависимости от того, как мы структурируем поверхность, можно создавать разные оптические эффекты, вплоть до того, что свет не будет проходить через прозрачную среду. Или с помощью хитрого рельефа можно сделать так, что при прохождении лазерного излучения через структуру в дальней зоне будет появляться изображение. Это направление требует больших научно-технических затрат как для проектирования и создания такого рельефа, так и для его изучения. Кроме того, мы плодотворно работаем с коллегами с других кафедр, у которых возникает потребность в микроструктурах различной геометрии.
Как создаются микроструктуры?
Для создания структур мы используем электронно-лучевую литографию. В оптических приложениях нам нужно получить фазовый рельеф — это обычно геометрический рельеф, он может быть изготовлен как на прозрачном, так и на отражающем материале. Первоначальный рельеф создается на электронном резисте, и его топология и высота зависят от параметров решаемой задачи. Так, если мы изготавливаем дифракционный оптический элемент видимого диапазона и нам нужно изменить в прозрачном материале фазу на два пи, то максимальная высота рельефа должна быть порядка микрона. Поэтому мы наносим электронный резист толщиной немного больше микрона на стекло и облучаем его сфокусированным пучком электронов. В зависимости от количества электронов, попавших в резист в каждой точке, при последующей обработке его в специальном проявителе и получается нужный рельеф, который служит для преобразования волнового фронта. Для отражающих оптических элементов высота рельефа должна быть в 5–6 раз меньше, т.е. примерно 150 нм.
Вот основной наш прибор — литограф фирмы Carl Zeiss Jena (ГДР), производившей высокоточное оборудование для всей электронной промышленности СССР. С его помощью можно создавать микроструктуры размером до 100 нм — пока этого хватает для наших основных приложений, хотя иногда хочется большего. По сути дела, это большой электронный микроскоп. Сверху располагается электронная пушка, магнитные линзы, отклоняющая и фокусирующая системы, создающие минимальную точку размером 100 нм. Внутри установки высокий вакуум, который поддерживается сложной системой откачки.
Внутри установки находится подвижный координатный стол, на котором крепится подложка, он позиционируется с помощью интерферометров с точностью до сотых долей микрона. Электронно-лучевая литография безмасочная — узор задается с помощью отклонения пучка электронов специальными линзами. Бывают системы, в которых образец сканируется гауссовым пучком, как в телевизоре, а у нас другая система — мы формируем такие штампики из разных прямоугольников, из которых потом формируется картинка. Топология рельефа формируется с помощью специально разработанного программного комплекса, позволяющего рисовать структуры, состоящие из нескольких миллиардов штампов.
Чтобы охарактеризовать получившиеся рельефы, мы используем сканирующую зондовую микроскопию, в том числе атомно-силовой микроскоп фирмы НТ-МДТ и оптическую микроскопию.
Какие еще структуры вы можете сделать и где их можно использовать?
Полученный рельеф можно перенести на металлизированную пленку и использовать в качестве наклейки. Такие наклейки применяются для идентификации товаров и защиты от подделки. Принцип отчасти похож на голографию, но есть существенные отличия. В голографии нужно освещать объект лазером с разных сторон, а в нашей технологии объект фотографируется с разных сторон и затем каждый пиксель рельефа рассчитывается так, чтобы задавать определенную направленность излучения. Так, например, мы сделали компьютерную голограмму главного здания МГУ на основе кадров, полученных при съемке с квадрокоптера.
Еще одно практическое применение нашей микротехнологии – создание оптических элементов для лазерной проекции сложных изображений вплоть до портретов и фотографий. Такой оптический элемент может превратить в карманный проектор обычную лазерную указку. Сейчас в преддверии юбилея МГУ мы сделали несколько интересных образцов, которые позволяют проецировать с помощью лазера изображения с символикой МГУ.
В каких направлениях науки могут помочь ваши структуры?
Мы сотрудничаем с научными группами разных кафедр, например, с кафедрой нанофотоники и кафедрой биофизики. Совместно с кафедрой нанофотоники мы делали субволновые решетки из кремния и никеля, структуры для изучения различных магнитоплазмонных эффектов. Для кафедры биофизики мы создаем подложку с микропъедесталами для изучения свойств микротрубок.
Вообще, мы готовы сотрудничать с другими коллективами, заинтересованными в создании, исследовании и использовании микроструктур.
Если вам интересно больше узнать или посотрудничать с группой субволновой оптики и литографии:
Попов Владимир Викторович
email: vvpopov@physics.msu.ru