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1、光子束超衍射纳米加工光子束超衍射纳米加工原理及其应用原理及其应用提提 纲纲一一.研究背景与目的研究背景与目的三三.研究现状与应用研究现状与应用二二.原理及研究内容原理及研究内容四四.项目架构项目架构提提 纲纲一一.研究背景与目的研究背景与目的三三.研究现状与应用研究现状与应用二二.原理及研究内容原理及研究内容四四.项目架构项目架构研究背景研究背景纳米技术纳米技术纳米器件的集成化、多样化纳米器件的集成化、多样化多元化的纳米加工技术需求多元化的纳米加工技术需求国家战略需求国家战略需求高精度、大面积、可重复、低成本、多样化纳米加工技术高精度、大面积、可重复、低成本、多样化纳米加工技术 信息信息能源能
2、源生物技术生物技术环境环境研究背景研究背景不同尺度下，物体所呈现的景象不同尺度下，物体所呈现的景象Nature 2001,412:697J.Phys.Chem.B 2001,104:9111研究背景研究背景研究背景研究背景Nanophotonics and Nanoplasmonics Today研究背景研究背景Top-downTop-down（自上而下）（自上而下）Bottom-upBottom-up（自下而上）（自下而上）EUVL，x-ray lithography，Nanoimprint lithography，etching Self-assembly，Deposition Dip P
3、en Nano-lithography需要贵重、体积庞大的精密仪器，需要贵重、体积庞大的精密仪器，制备环境苛刻、工序复杂、成本很制备环境苛刻、工序复杂、成本很高高目标物：原子、分子或微纳目标物：原子、分子或微纳颗粒颗粒机械力学、光学、电磁学机械力学、光学、电磁学有掩模、无掩模有掩模、无掩模 光学诱导、无掩膜光学诱导、无掩膜 制备制备研究背景研究背景光学诱导、无掩膜光学诱导、无掩膜 制备制备现有纳米加工技术现有纳米加工技术现有纳米加工技术现有纳米加工技术光子束超衍光子束超衍射纳米加工射纳米加工深紫外深紫外光刻光刻电子束电子束光刻光刻离子束离子束刻蚀刻蚀纳米压印纳米压印设备价格设备价格低低高高中中
4、中中低低运行成本运行成本低低高高中中高高中中环境要求环境要求低低高高高高高高低低三维加工三维加工可可否否否否否否否否适用对象适用对象科研科研工业工业科研科研科研科研科研科研加工方式加工方式直写直写非非直写直写直写直写非非高精度高精度大面积大面积可重复可重复可可可可可可可可可可研究背景研究背景 高精度加工高精度加工纳米尺度纳米尺度纳米精度纳米精度 多样化加工多样化加工三维复杂结构三维复杂结构跨尺度跨尺度 低成本加工低成本加工 光子束超衍射纳米加工技术光子束超衍射纳米加工技术高精度、大面积、可重复、低成本、多样化纳米加工技术高精度、大面积、可重复、低成本、多样化纳米加工技术 研究目的研究目的 前前
5、沿沿性性 光子束超衍射纳米加工技术光子束超衍射纳米加工技术 共同特点共同特点 u加工工具：加工工具：可见与近红外激光可见与近红外激光 u加工原理：加工原理：纳米尺度光与物质相互作用多种效应纳米尺度光与物质相互作用多种效应 u加工工艺：加工工艺：计算机控制激光直写技术计算机控制激光直写技术 u加工能力：加工能力：纳米尺度、精度、任意复杂结构纳米尺度、精度、任意复杂结构 u环境条件：环境条件：空气中、大气压空气中、大气压 无掩模纳米光刻技术多光子三维纳米加工技术 设备成本相对低廉设备成本相对低廉 限域效应、尺度控制原理限域效应、尺度控制原理功能材料二维、三维大面积功能材料二维、三维大面积加工加工无
6、掩模、工艺简单、重复性好无掩模、工艺简单、重复性好无需高真空条件等苛刻实验条件无需高真空条件等苛刻实验条件研究目的研究目的发展具有纳米尺度与精度、多样化纳米结构加工发展具有纳米尺度与精度、多样化纳米结构加工发展具有纳米尺度与精度、多样化纳米结构加工发展具有纳米尺度与精度、多样化纳米结构加工能力的光子束超衍射纳米加工技术是能力的光子束超衍射纳米加工技术是能力的光子束超衍射纳米加工技术是能力的光子束超衍射纳米加工技术是新型纳米新型纳米新型纳米新型纳米器件研究开发的关键所在，是国际纳米加器件研究开发的关键所在，是国际纳米加器件研究开发的关键所在，是国际纳米加器件研究开发的关键所在，是国际纳米加工领域
7、前沿研究开发热点之一工领域前沿研究开发热点之一工领域前沿研究开发热点之一工领域前沿研究开发热点之一。发展具有三维纳米结构加工能力的光子束超衍射发展具有三维纳米结构加工能力的光子束超衍射发展具有三维纳米结构加工能力的光子束超衍射发展具有三维纳米结构加工能力的光子束超衍射纳米技术是纳米技术是纳米技术是纳米技术是认识三维纳米结构特有的新现象认识三维纳米结构特有的新现象认识三维纳米结构特有的新现象认识三维纳米结构特有的新现象与新效应、发展基于新原理的三维纳米器与新效应、发展基于新原理的三维纳米器与新效应、发展基于新原理的三维纳米器与新效应、发展基于新原理的三维纳米器件的基础件的基础件的基础件的基础。研
8、制具有实用性的光子束超衍射纳米加工设备与研制具有实用性的光子束超衍射纳米加工设备与研制具有实用性的光子束超衍射纳米加工设备与研制具有实用性的光子束超衍射纳米加工设备与系统，系统，系统，系统，对提升我国新型纳米器件自主创新对提升我国新型纳米器件自主创新对提升我国新型纳米器件自主创新对提升我国新型纳米器件自主创新能力、满足国家战略需求具有重要意义能力、满足国家战略需求具有重要意义能力、满足国家战略需求具有重要意义能力、满足国家战略需求具有重要意义。研究目的与意义研究目的与意义光子束超衍射纳米加工技术光子束超衍射纳米加工技术光子束超衍射纳米加工技术光子束超衍射纳米加工技术提提 纲纲一一.研究背景与目
9、的研究背景与目的三三.研究现状与应用研究现状与应用二二.原理及研究内容原理及研究内容四四.项目架构项目架构光子束纳米加工技术需要解决的问题光子束纳米加工技术需要解决的问题光子束纳米加工技术需要解决的问题光子束纳米加工技术需要解决的问题如何超越衍射极限，获得光子束纳米尺度加工？如何超越衍射极限，获得光子束纳米尺度加工？?l l/2l l/nn2基本原理基本原理光学衍射极限光学衍射极限 l l/2圆孔的夫琅和费衍射圆孔的夫琅和费衍射 Airy DiskAiry Disk简并多光子简并多光子过程过程 单光子过程单光子过程 激发态激发态基态基态基态基态激发态激发态h hn n2 2h hn n2 2h
10、 hn n2 2h hn n1 1简并多光子吸收简并多光子吸收:一次完整的跃迁对应同一种波长的多个光子的吸收一次完整的跃迁对应同一种波长的多个光子的吸收 分辨率分辨率l l/2，二维平面光刻二维平面光刻 分辨率分辨率l l/2，三维立体光刻三维立体光刻 基本原理基本原理利用光学非线性效应突破衍射极限，实现纳米尺度加工利用光学非线性效应突破衍射极限，实现纳米尺度加工 光子束超越衍射极限的实现途径一光子束超越衍射极限的实现途径一利用光学非线性效应突破衍射极限，实现纳米尺度加工利用光学非线性效应突破衍射极限，实现纳米尺度加工 光子束超越衍射极限的实现途径二光子束超越衍射极限的实现途径二分辨率分辨率80%开关时间：开关时间：1.0 pS泵浦能量：泵浦能量：520 fJ/0.1MW/cm2工作波长：工作波长：788 nm研究现状研究现状
光子束超衍射纳米加工原理及其应用课件
