原子光刻中的原子沉积数值模拟.pdf

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1、第32卷第3期2010年6月光学仪器0PTICALINSTRUMENTSVOL32，No．3June，2010文章编号：1005—5630(2010)03—0078—04原子光刻中的原子沉积数值模拟*梅卓君，王占山，马艳(同济大学物理系精密光学工程技术研究所，上海200092)摘要：近年来，有关原子光刻的实验研究得到了快速发展，并取得了一系列重大的实验进展。在原子光刻中，对不同原子在各种条件下的沉积过程的研究是具有非常重要的意义的。现利用有限差分法求解光与原子作用的薛定谔方程分析了激光功率、失谐量、腰斑

2、大小以及原子纵向速度对汇聚效果的影响，总结了一些原子在驻波场中各项参数对沉积效果的影响。关键词：原子光刻；原子汇聚；有限差分法中图分类号：TN305．7文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-5630．2010．03．018NumericalsimulationofatomicdepositionintheatomlithographyMEIZhuojun，WANGZhanshan，MAYah(InstituteofPrecisionOpticalEngineering，Depar

3、tmentofPhysics。TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Theexperimentalresearchesonatomlithographygotarapiddevelopmenttheseyearsandhavemadeaseriesofsignificantprogress．Theresearchoftheprocessesofatomicdepositionusingdifferentatomsinvariouscondition

4、shasanimportantsignificance．Thefinite-differencesapproximationisusedtosolveaSchrodingerequationdescribingtheatom-laserfieldinteractions．Theeffectoflaserpower，detuning，waistradiusandlongitudinalvelocityofatomstofocusingareanalyzed．Theeffectsbysomeparamete

5、rtotheatomsinalaserstandingwavefieldaregot．Keywords：atomlithography；atomicfocusing；finite-differencesapproximation；引言激光会聚原子沉积技术是利用近共振光的辐射压力，使原子束产生空间强度分布，在基板上形成纳米条纹、点阵或人们所需的特定图案[1]。这种新颖的纳米级刻印方法，不需要掩模板，可以大面积刻印[2]，原子具有的较低能量减小了沉积过程对基片的损坏[3]，因此这种技术也被称为原子光刻技术。

6、在近共振激光驻波场中，原子会聚沉积，形成以激光半波长为周期的光栅结构。光栅周期性好，条纹均匀，空间上相干一致。因此，利用激光场准直和会聚原子，从而进行原子光刻的研究逐渐成为物理学中的热门课题。国内也已经对这一工作有较为详细的介绍[4]并且做了一定的工作。课题组也开展了一定的实验研究。为了更好地了解激光驻波场作用下原子的运动规律，给实验提供一些参考性数据。文中利用光与原子作用的量子模型，运用有限差分法求解薛定谔方程讨论了不同实验参数下原子的汇聚特性。。收稿日期：2009—12—26基金项目：国家自然科学基

7、金资助项目(10804084)；上海市纳米技术专项基金资助项目(0259nm034，0452nm029)；国家科技支撑计划资助项目作者简介：梅卓君(1984一)。男，上海市人，硕士研究生，主要从事原子光刻方面的研究．第3期梅卓君，等：原子光刻中的原子沉积数值模拟·79·1原子光刻技术的工作原理及理论模型当原子与频率近共振激光驻波场作用时，会受到偶极力的作用被汇聚到驻波的波节或波腹处，具体位置由光与原子的相对频率失谐量决定。并形成如图1所示的纳米光栅结构。原子与驻波场的相互作用可以用以下的薛定谔方程加以描

8、述：溉参cⅢ，=[一笔墨+‰z，kz加，式(1)中，"00是沿着z方向的原子的质心速度，m是原图1原子光刻技术的工作原理图Fig．11heprincipleoftheatomlithography子的质量，妒(z，z)表示原子的波函数，V(x，2)是原子和驻波场之间的相互作用能，可用下式表示：y(z，2)=L厂(z)G(z，z)(2)，≯、G(z，2)=expI一÷一Jsin2k(3)、Zt旷7毗，=警-n(·+者‰)㈤其中叫表示激光驻波场