Technologie přípravy kovových optických metapovrchů na transparentních nevodivých substrátech

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

<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

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Technologie přípravy kovových optických metapovrchů na transparentních nevodivých substrátech

Popis výsledku v původním jazyce

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

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

The two fundamental problems in the production of metallic optical meta-surfaces by electron beam lithography on transparent non-conductive substrates are the problem of lateral resolution on the order of tens of nanometers and the problem of guiding the accumulated charge off the substrate during the fabrication. Therefore, we have developed and optimized a fabrication method which utilizes two layers of resist: the bottom layer is the thicker one, formed by non-conductive resist enabling high resolution, and the top layer is formed by a thin conductive resist that does not reach such a high a resolution as the bottom resist but can dissipate the excess charge. The whole process consists of five steps: (1) cleaning and heating the substrate, (2) applying two resist layers by spin coating, (3) electron beam exposure, (4) deposition of the active metal layer and (5) removing excess resist and metal. The substrate is cleaned sequentially in acetone and isopropyl alcohol for 2 min, while the beaker with the sample and solution is placed in an ultrasonic cleaner. Subsequently, the substrate is rinsed under demineralized water and the surface is dried with a stream of nitrogen and heated up to 100 °C on a hotplate. By spin coating at 4000 rpm for 60 s, two electron resist layers are successively applied onto the substrate, first AR-P 6200.07 (CSAR 62) and then AR-PC 5090.02 (Electra 92) as a conductive film. Electron beam exposure parameters were: 30 keV energy, 25 pA current, 5 nm trace size, and 140 µC/cm2 dose. The development was carried out in AR 600-546 developer for 1 min and then was stopped in demineralized water for 30 s. The deposition of the metal layer was performed by evaporation, where 3 nm Ti layer was deposited first as an adhesive layer, followed by the 50 nm Au layer as an optically active metal. In the last step, the excess metal together with resist residues were removed by AR 600-71 for several hours (i.e. lift-off method) followed by cleaning in is

Druh

G_funk - Funkční vzorek

CEP obor

—

OECD FORD obor

10306 - Optics (including laser optics and quantum optics)

Projekt

<a href="/cs/project/TN01000008" target="_blank" >TN01000008: Centrum elektronové a fotonové optiky</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2019

Kód důvěrnosti údajů

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

Interní identifikační kód produktu

MetalMeta

Číselná identifikace

160977

Technické parametry

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.

Ekonomické parametry

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.

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

—

Název vlastníka

Příprava a charakterizace nanostruktur

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

A - Poskytovatel licence na výsledek požaduje licenční poplatek

Adresa www stránky s výsledkem

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