Новости науки 10.03.02. Атомная литография с голографической оптической маской.

Одно из активно развивающихся прикладных направлений атомной оптики - атомная литография. Недавно немецкие ученые провели эксперименты по получению структур с субмикронным размером с использованием атомного пучка и голографической оптической маски.

Обычная литография позволяет получать"рисунок" на поверхности структуры с помощью ⌠двумерной" маски, однако необходимость получения"трехмерных" структур (структур с заданной ⌠трехмерной архитектурой") существенно усложняет задачу, делая процедуру изготовления требуемых структур громоздкой и многошаговой. Очевидная в этом плане сложность для оптической литографии - невозможность формирования"трехмерной" маски. В настоящее время активно развивается технология, которая в будущем может позволить изготовлять трехмерные структуры с субмикронной точностью. Речь идет об атомной литографии. В недавней работе немецких ученых предлагается использовать для получения атомной литографии голографическую оптическую маску [1].

Дифракция материальных волн на оптической стоячей волне наблюдалась не только для сравнительно простых объектов, таких как атомы, но и для гораздо более сложных объектов - молекул C₆₀ . Стоячая оптическая волна уже использовалась в качестве маски для создания"полосатых структур", минимальная достигнутая ширина нанесенной полоски атомов - порядка 20 нм. С помощью большого количества лазерных лучей можно создать гораздо более сложную интерференционную картину. Такая оптическая маска будет вызывать изменения локальной плотности атомного пучка в ростовой плоскости структуры; вдобавок к этому можно варьировать интенсивность потока атомов, а также"менять маску" в процессе роста, что позволит получить заданное трехмерное распределение концентрации атомов в выращенной структуре.

Рис.1. Схематическое изображение эксперимента - атомная литография с использованием оптической маски. Вверху - вид сверху, внизу - вид сбоку.

В эксперименте немецких исследователей использовалось"голографическое зеркало" - в кристалле до начала эксперимента была записана голограмма, а оптическая маска в процессе нанесения атомов на подложку создавалась при освещении кристалла лазерным лучом. Для записи голограммы использовался кристалл LiNbO₃, легированный железом. Образующаяся при освещении его тремя (для простоты) лазерными лучами интерференционная картина приводила к локальным изменениям показателя преломления кристалла и, таким образом, происходила запись голограммы. Перпендикулярно кристаллу LiNbO₃:Fe располагалась кремниевая подложка с нанесенным на нее 30 нм слоем золота и резиста. Пучок атомов цезия от источника после коллимации и лазерного охлаждения (рис.1) попадал в область интерференции считывающего луча I и восстановленных лучей II и III (см. вид сверху на рис.1). Создаваемая при этом оптическая маска обеспечивала фокусировку потока атомов вблизи минимумов интенсивности поля и, соответственно, образованию полосок из атомов цезия на поверхности подложки. После травления исследователи с помощью оптической и атомно-силовой микроскопии наблюдали"нарисованную" золотую структуру на поверхности кремния.

Хотя в описанных экспериментах была реализована самая простая ситуация, они показывают перспективность использования голографических оптических масок. Дело здесь не только в том, что при использовании множества лазерных лучей может быть получена гораздо более сложная интерференционная картина, но и в том, что можно записать одновременно несколько голограмм, и, изменяя угол падения луча на кристалл, можно переходить от реконструкции одной голограммы к реконструкции другой (⌠менять оптическую маску") в процессе роста структуры. Кроме того, можно записать несколько голограмм светом с различной длиной волны, что даст возможность создавать одновременно несколько оптических масок для атомов разного сорта.

1. M.Muetzel, S.Tandler, D.Haubrich et al. Phys.Rev.Lett., v.88, 083601 (2002).

перейти к началу страницы