Wykorzystanie bezpośredniej litografii interferencyjnej do nanoszenia struktur periodycznych na powierzchni różnych materiałów

• Autorzy: Marczak J. , Firak J. , Rycyk A. , Sarzyński A. , Strzelec M. , Kusiński J. , Major R. , Zasada D.

Warianty tytułu

EN

Application of direct interference lithography in deposition of periodical structures on surface of different materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wyniki bezpośredniego nanoszenia struktur periodycznych 1D i 2D w skali mikro- i submikronowej uzyskane za pomocą impulsowego lasera dużej mocy. Przedstawiono dwukanałowy układ laserowy stanowiący ramiona interferometru Macha-Zehndera, umożliwiający szybkie i łatwe zmiany parametrów obrazu interferencyjnego, jak również gęstości energii w interferujących wiązkach laserowych, w którym wykorzystano generator laserowy na Nd:YAG z Q-modulacją i rezonatorem niestabilnym typu p-branch oraz wzmacniacze laserowe (rys. 6). Uzyskiwany obszar interferencji jest znacznie większy niż w przypadku systemów opisywanych w literaturze i praktycznie obejmuje średnicę wyjściową wiązek laserowych. Strukturowanie powierzchni przeprowadzano w dość szerokim zakresie gęstości mocy impulsów laserowych, co skutkowało na przykład nadtapianiem/polerowaniem powierzchni (rys. 12a), topnieniem warstwy wierzchniej i ablacją – usuwaniem warstwy wierzchniej (rys. 9-12).

EN

The paper presents results of the direct manufacturing of 1D and 2D periodical structures on micron- and submicron scales, which were obtained using a high power pulse laser. A two-channel laser system, constituting arms of a Mach-Zehnder interferometer, allowing fast and easy control of the interference image parameters as well as power (energy) density in the interfering laser beams is also described. The system utilized an Nd:YAG, Q-switched laser oscillator with a p-branch unstable resonator as well as two laser amplifiers (Fig. 6). The resulting interference area is much larger than in the case of the arrangements described in other publications, and practically involves the output diameter of the interfering beams. Surface structuring was performed in quite a wide range of laser pulse power densities, which resulted for instance in surface melting/polishing (Fig. 12a), or top layer melting and ablation – removal of the superficial layer (Fig. 9÷12).

Słowa kluczowe

PL

laser impulsowy Nd:YAG; interferencja; bezpośrednia litografia laserowa; mikroobróbka laserowa

EN

pulse Nd:YAG laser; interference; direct laser lithography; laser micromachining

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 1
• Strony: 13--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Marczak J.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Firak J.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Rycyk A.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Sarzyński A.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Strzelec M.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Kusiński J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Major R.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków

autor

Zasada D.

• Wydział Nowych Technologii i Chemii, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Brueck S. R. J.: Optical and interferometric lithography – Nanotechnology enablers. Proc. IEEE 93 (2005) 1704÷1721.
• [2] Burrow G. M., Gaylord T. K.: Multi-beam interference advances and applications: nanoelectronics, photonic crystals, metama terials, subwavelength structures, optical trapping, and biomedical structures. Micromachines 2 (2011) 221÷257.
• [3] Xia D., Ku Z., Lee S. C., Brueck S. R. J.: Nanostructures and functional materials fabricated by interferometric lithography. Adv. Mater. 23 (2011) 147÷179.
• [4] Raeymaekers B., Etsion I., Talke F. E.: Enhancing the tribological performance of the magnetic tape/guide interface by laser surface texturing. Tribol. Lett. 25 (2007) 161÷171.
• [5] Mucklich F., Lasagni A., Daniel C.: Laser interference metallurgy-periodic surface patterning and formation of intermetallics. Intermetallics 13 (2005) 437÷442.
• [6] Mai X., Moshrefzadeh R., Gibson U. J., Stegeman G. I., Seaton C. T.: Simple versatile method for fabricating guided-wave gratings. Appl. Opt. 24 (1985) 3155÷3161.
• [7] Switkes M., Rothschild M.: Immersion lithography at 157 nm. J. Vac. Sci. Technol. B19 (2001) 2353÷2356.
• [8] Bauerle D.: Laser processing and chemistry. Springer Verlag (1996).
• [9] Marczak J., Rycyk A., Sarzyński A., Strzelec M., Kusiński J., Major R.: Direct laser manufacturing of 1D and 2D micro- and submicro-scale periodic structures. Proc SPIE 8703 (2013) 87030F.
• [10] Kim J., Koo Y., Shin N.: The effect of residual strain on (001) texture evolution in FePt thin film during postannealing. J. Appl. Phys. 100 (2006) 093909.
• [11] Hai N., Dempsey N., Veron M., Verdier M., Givord D.: An original route for the preparation of hard FePt. J. Magn. Magn. Mat. 257 (2003) 139÷145.
• [12] Shishido A., Diviliansky I. B., Khoo I. C., Mayer T. S., Nishimura S., Egan G. L., Mallouk T. E.: Direct fabrication of two-dimensional titania arrays using interference photolithography. Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 3332.
• [13] Campell M., Sharp D. N., Harrison M. T., Denning R. G., Turberfield A. J.: Fabrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographic lithography. Nature 404 (2000) 53.
• [14] Kelly M. K., Rogg J., Nebel C. E., Stutzmann M., Katai Sz.: High-resolution thermal processing of semiconductors using pulsed-laser interference patterning. Phys. Stat. Sol. (a) 166 (1998) 651÷657.
• [15] Mützel M., Tandler S., Haubrich D., Meschede D., Peithumann K., Flaspöhler M., Buse K.: Atom lithography with a holographic light mask. Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 083601.