Method for fabrication of metallic optical metasurfaces on transparent non-conductive substrates

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F00216305%3A26620%2F19%3APR32610" target="_blank" >RIV/00216305:26620/19:PR32610 - isvavai.cz</a>

Result on the web

<a href="http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/2019-meta/" target="_blank" >http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/2019-meta/</a>

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Technologie přípravy kovových optických metapovrchů na transparentních nevodivých substrátech

Original language description

Základní dva problémy při výrobě kovových optických metapovrchů pomocí elektronové litografie na transparentních nevodivých substrátech jsou problém laterálního rozlišení v řádu desítek nanometrů a problém odvádění akumulovaného náboje během výroby pryč ze substrátu. Proto byl vyvinut a optimalizován technologický postup, který využívá dvou vrstev rezistu, přičemž spodní vrstvu tvoří tlustší nevodivý rezist s vysokou rozlišovací schopností a horní vrstva tvoří tenký vodivý rezist, který sice nedosahuje tak vysokého rozlišení jako spodní rezist, ale dokáže odvádět přebytečný náboj. Celý technologický postup sestává z pěti kroků: (1) čištění a vyhřívání substrátu, (2) nanášení dvou vrstev rezistu pomocí odstředivého lití, (3) expozice elektronovým svazkem, (4) depozice aktivní kovové vrstvy a (5) odstranění přebytečného rezistu a kovu. Čištění substrátu probíhá postupně v acetonu a izopropylalkoholu po dobu 2 min, kde kádinka se vzorkem a roztokem je navíc umístěna v ultrazvukové čističce. Poté se substrát opláchnut pod demineralizovanou vodou a povrch je osušen proudem dusíku a vyhřát na 100 °C na plotýnce. Pomocí odstředivého lití při 4000 ot/min po dobu 60 s jsou na substrát postupně naneseny dvě vrstvy elektronového rezistu, nejprve AR-P 6200.07 (CSAR 62) a poté rezist AR-PC 5090.02 (Electra 92) jako tenká vodivá vrstva. Parametry expozice pomocí elektronového svazku byly: energie 30 keV, proud 25 pA, velikost stopy 5 nm a dávka 140 µC/cm2. Vyvolání probíhalo ve vývojce AR 600-546 po dobu 1 min a ustavení leptání pak proběhlo v demineralizované vodě po dobu 30 s. Pro depozici kovové vrstvy byla využita metoda napařování, kde byly postupně připraveny 3 nm vrstva Ti jako adhezní vrstva, a poté 50 nm vrstva Au jako opticky aktivní kov. V posledním kroku byly odstraněny zbytky rezistu s přebytečným kovem pomocí AR 600-71 po dobu několika hodin (tj. metoda lift-off) s následným očistěním v izopropylalkoholu a demineralizované vodě. Topografie výsledných vyrobených

Czech name

Technologie přípravy kovových optických metapovrchů na transparentních nevodivých substrátech

Czech description

Základní dva problémy při výrobě kovových optických metapovrchů pomocí elektronové litografie na transparentních nevodivých substrátech jsou problém laterálního rozlišení v řádu desítek nanometrů a problém odvádění akumulovaného náboje během výroby pryč ze substrátu. Proto byl vyvinut a optimalizován technologický postup, který využívá dvou vrstev rezistu, přičemž spodní vrstvu tvoří tlustší nevodivý rezist s vysokou rozlišovací schopností a horní vrstva tvoří tenký vodivý rezist, který sice nedosahuje tak vysokého rozlišení jako spodní rezist, ale dokáže odvádět přebytečný náboj. Celý technologický postup sestává z pěti kroků: (1) čištění a vyhřívání substrátu, (2) nanášení dvou vrstev rezistu pomocí odstředivého lití, (3) expozice elektronovým svazkem, (4) depozice aktivní kovové vrstvy a (5) odstranění přebytečného rezistu a kovu. Čištění substrátu probíhá postupně v acetonu a izopropylalkoholu po dobu 2 min, kde kádinka se vzorkem a roztokem je navíc umístěna v ultrazvukové čističce. Poté se substrát opláchnut pod demineralizovanou vodou a povrch je osušen proudem dusíku a vyhřát na 100 °C na plotýnce. Pomocí odstředivého lití při 4000 ot/min po dobu 60 s jsou na substrát postupně naneseny dvě vrstvy elektronového rezistu, nejprve AR-P 6200.07 (CSAR 62) a poté rezist AR-PC 5090.02 (Electra 92) jako tenká vodivá vrstva. Parametry expozice pomocí elektronového svazku byly: energie 30 keV, proud 25 pA, velikost stopy 5 nm a dávka 140 µC/cm2. Vyvolání probíhalo ve vývojce AR 600-546 po dobu 1 min a ustavení leptání pak proběhlo v demineralizované vodě po dobu 30 s. Pro depozici kovové vrstvy byla využita metoda napařování, kde byly postupně připraveny 3 nm vrstva Ti jako adhezní vrstva, a poté 50 nm vrstva Au jako opticky aktivní kov. V posledním kroku byly odstraněny zbytky rezistu s přebytečným kovem pomocí AR 600-71 po dobu několika hodin (tj. metoda lift-off) s následným očistěním v izopropylalkoholu a demineralizované vodě. Topografie výsledných vyrobených

Type

G_funk - Functional sample

CEP classification

—

OECD FORD branch

10306 - Optics (including laser optics and quantum optics)

Project

<a href="/en/project/TN01000008" target="_blank" >TN01000008: Center of electron and photonic optics</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2019

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Internal product ID

MetalMeta

Numerical identification

160977

Technical parameters

Kovový metapovrch tvořený ze zlatých nano-disků výškou 50 nm a s různými průměry od 60 nm do 200 nm připravených na transparentních nevodivých substrátech (SiO2). Experimentálně a numericky ověřena optická rezonance ve viditelné a blízké infračervené oblasti elektromagnetického spektra od 550 nm do 800 nm.

Economical parameters

Materiálové a energetické náklady na výrobu kovových nanostruktury nepřevyšují částku 1 000 Kč. Strojový čas potřebný na výrobu funkčního vzorku stavebních kamenů kovového metapovrchu nepřevyšuje 10 hodin. Celková finanční částka je však silně závislá na velikosti plochy, kterou má výsledný kovový metapovrch pokrývat.

Application category by cost

—

Owner IČO

—

Owner name

Příprava a charakterizace nanostruktur

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Web page

http://surfaces.fme.vutbr.cz/laboratories/developed-instruments/2019-meta/