CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOPHOTONICS
3.3 Kỹ thuật Nanolithography
Một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo tấm tinh thể quang tử phẳng 2D Là phương pháp in thạch bản chùm điện tử trong đó một chùm điện tử hội tụ
Chương 3: Phương pháp tổng hợp vật liệu nanophotonics được quét xuyên qua một chất nền kháng để tạo ra một khuôn mẫu. Độ phân giải của các lỗ trống được tạo ra (10–20 nm) về cơ bản bị giới hạn bởi sự tán xạ của điện tử bên trong và từ điện trở của chất nền. Sau đó, các mẫu được chuyển lên chất bán dẫn bằng cách khắc khô (ion phản ứng) khắc. Khắc khơ có thể được xem là có cơ sở vật lý và hóa học; cái trước liên quan đến sự bắn phá của các ion trong khi cái sau liên quan đến các phản ứng hóa học giữa chất bán dẫn được khắc và các ion. Ngoài ra, hạn chế chính của kỹ thuật in thạch bản chùm điện tử là một q trình nối tiếp nên nó hạn chế cho việc sản xuất khối lượng lớn [17].
Kỹ thuật Nanolithography là quy trình in tạo ra được nhiều bản sao từ một bản gốc với các tính ở quy mơ nanomet. Các phương pháp khác nhau đã được phát triển để thực hiện phép in thạch bản ở quy mơ kích thước nano. Ví dụ về kỹ thuật nanolithographic đã được áp dụng để tổng hợp các dây nano hữu cơ bán dẫn bao gồm in thạch bản chùm điện tử (EBL), in thạch bản đầu dò quét (SPL), in thạch bản mềm, và những phương pháp khác. Ngồi ra, khơng giống như các chiến lược khác cho việc tổng hợp các dây nano, phương pháp tiếp cận nanolithographic có thể tạo ra các mẫu 1D và 2D trên một màng mỏng bán dẫn hữu cơ với việc hướng, kích thước, tỷ lệ co và chu kỳ được kiểm sốt một cách chính xác. Các mẫu có thể hoặc khơng thể trở thành các dây nano riêng biệt vào cuối tiến trình. Nói chung, các cấu trúc nano hữu cơ được chế tạo ra bằng phương pháp in nanolithographic có xu hướng vơ định hình ngồi trừ một số trường hợp mà sự tự láp ráp của các phân tử được định hướng [39].
3.3.1 Quang khắc chùm điện tử (EBL)
Phương pháp in khắc chùm tia điện tử (EBL) là một phương pháp tạo mẫu có cấu trúc nano mà khơng có mặt nạ mà các kỹ thuật quang khắc thơng thường khơng thể tiếp cận được bởi vì giới hạn nhiễu xạ của ánh sáng. EBL quét chùm tia điện tử để tạo ra một đã được thiết kế lên một màng mỏng. Đặc biệt hơn EBL có thể tạo các mẫu có độ phân giải cao với kích thước nhỏ hơn hơn 100 nm [39].
3.3.2 Phương pháp in bản đầu dò quét (SPL)
Kỹ thuật in thạch bản đầu dò quét (SPL) là một kỹ thuật rất mạnh mẽ nó có thể xử lí các vị trí có độ phân giải khơng gian nhỏ hơn 10 nm. Quét quang khắc trường gần, quét phân tán nano hóa nhiệt, quét kỹ thuật in thạch bản điện hóa và kỹ thuật in nano bút nhúng là những ví dụ về kỹ thuật SPL đã được được sử dụng để tổng hợp các dây nano bán dẫn hữu cơ. Vì kính hiển vi thăm dị qt (SPM) có nhiều biến thể tùy thuộc vào cơ chế tác động lẫn nhau nên đã dẫn đến kỹ thuật phân tích nano dựa trên PSL đã phát triển theo nhiều hướng [39].
3.3.3 In Nanoimprint và kỹ thuật in bản mềm
Kỹ thuật in thạch bản mềm là một kỹ thuật khơng phổ biến trong đó một con tem đàn hồi∼được sử dụng để tạo cấu trúc bên trong vật liệu có kích thước bên trong vật liệu từ 30 nm đến 500 μm. Con tem được thực hiện bằng cách đúc một tiền chất đàn hồi lên mặt một bản gốc có hoa văn được chế tạo bằng phương pháp in thạch bản quang học, quang khắc điện tử hay vi gia cơng [17].
In Nanoimprint cịn được gọi là in nổi là phương pháp được nghiên cứu rộng rãi nhất trong số các phương pháp in mềm. là một phương pháp chế tạo các mẫu quy mô nanomet. Đây là một quy trình in Nanolithography đơn giản với chi phí thấp, thơng lượng cao và độ phân giải cao. Nó tạo ra các mẫu bằng cách biến dạng cơ học của điện trở in và các quá trình tiếp theo [43].
Kỹ thuật in nanoimprint và in thạch bản mềm thường được coi là các phương pháp hứa hẹn nhất có thể thay thế các phương pháp quang khắc thông thường nhờ sự kết hợp của độ phân giải cao, hiệu quả về chi phí có thơng lượng cao và khả năng tạo mẫu diện tích lớn [39].
3.3.4 Kỹ thuật in bản giao thoa
Kỹ thuật in thạch bản giao thoa khơng có mặt nạ (IL) hoặc in thạch bản ba chiều là một phương pháp tạo ra các mẫu trong một bộ quang học khi các đường đi tối ưu của hai hoặc nhiều sóng điện từ xếp chồng lên nhau trong khơng gian. Mơ hình giao thoa 3D cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một phần tử nhiễu xạ duy nhất thay vì bộ tách chùm. Giống như tinh thể keo, các cấu trúc 2D và 3D có thể được sử dụng làm mẫu có thể kết hợp các vật liệu tương phản có chỉ số khúc xạ cao hơn cho các ứng dụng PC. Ngoài ra, IL có thể được sử dụng để chế tạo trực tiếp PC 3D từ chất cảm quang kính chalcogenide chỉ số cảm quang cao [17].