多光束全息光刻制作纳米阵列图形的研究

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1、学号：S13010027硕士学位论文多光束全息光刻制作纳米阵列图形的研究研究生姓名：叶镇学科、专业：理学院光学二○一六年三月分类号：密级：可公开UDC：编号：多光束全息光刻制作纳米阵列图形的研究ResearchonFabricationofNano-arraypatternsbyMulti-beamHolographicLithography学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：光学（070207）研究方向：激光物理与新型激光器申请学位级别：硕士指导教师：王晓华研究生：叶镇

2、论文起止时间：2013.09—2015.12长春理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《多光束全息光刻制作纳米阵列图形的研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博

3、士学位论文版权使用规定”，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕士学位论文全文数据库和CNKI系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日导师签名：年月日II摘要本论文基于光的干涉、全息光刻理论以及条纹锁定技术等理论基础。先通过理论分析设计出纳米级阵列图形，再通过建立多光束全息光刻系统成功在光刻胶层

4、制备出光栅，孔阵及点阵周期阵列图形，设计周期均为528nm。然后通过湿法腐蚀和干法刻蚀技术，制备出高分辨率，大视场，精细的纳米级阵列图形。基于GaAs衬底，得出全息光刻单曝光制备光栅图形最优曝光时间为40s。全息光刻双曝光制备孔阵图形最优曝光时间为60s，全息光刻双曝光制备点阵图形最优曝光时间为90s。采用H3PO4:H2O2:H2O=1:1:10配比的刻蚀液，得出最佳刻蚀光栅的时间为20s，刻蚀点阵及孔阵的时间为30s。扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜（AFM）测试图片显示，光栅图形刻蚀深度为

5、85nm，孔阵图形刻蚀深度为124nm，均具有完美的表面形貌及良好均匀性和周期性。最后基于以上技术，引入图形反转工艺对点阵图形进行优化，提高了点阵图形精度。得到点阵图形刻蚀深度约为190nm，点状结构直径约为340nm。关键字：全息光刻系统光栅孔阵点阵图形反转IABSTRACTThispaperisbasedonthetheoriesofinterferenceoflight,holographiclithographyandfringelockingtechnology.Inthispaper,th

6、enanoscalegraphicarrayhasbeenfirstlydesignedthroughthetheoreticalanalysis,andthentheperiodicgrating,holearrayanddotarrayaresuccessfullypreparedinthephotoresistbyestablishingasystemofmultiplebeamholographiclithography.Bothofperiodicarrayshavetheperiodof5

7、28nm.Andthenhighresolution,largefieldofview,finenanoscalearraypatternarepreparedbywetetchinganddryetchingtechnique.TheperiodicarrayisfabricatedonGaAssubstrate.Thesingleexposureforgratinginholographiclithographyisadoptedtooptimizedexposuretimeof40s.Thedo

8、ubleexposureforholearrayinholographiclithographyisadoptedtooptimizedexposuretimeof60s,andtheoptimaltimeofdotarrayis90s.Wetetchingsolutionwith1:1:10volumeratioofH3PO4,H2O2andH2Oisadoptedtoetchthegratingfor20s,andtoetchtheholearray