Impact van filmdikte in door laser geïnduceerde periodieke structuren op amorfe Si-films

Sinds de wetenschappers van Bell Labs in december 1947 ’s werelds eerste transistor uitvonden, heeft een revolutie in de micro-elektronicatechnologie de levensstijl wereldwijd ingrijpend beïnvloed. Nu elektronica steeds kleiner wordt, is het een uitdaging om een ​​gemakkelijke, snelle en goedkope manier te vinden om micro-nanocomponenten te fabriceren. Traditionele fabricagemethoden voor direct schrijven, zoals mechanisch krassen, etsen met gefocusseerde ionenbundels, lithografie met elektronenbundels, polymerisatie met meerdere fotonen en etsen met thermische scansondes, zijn inefficiënt.

Hoewel methoden zoals nano-imprinting, fotolithografie, plasma-etsen en scannende laserinterferentie-etsen de verwerkingssnelheid effectief kunnen verhogen, vereisen ze over het algemeen meerdere processtappen, zoals het maken van maskers, of vereisen ze zeer zware werkomgevingen en zijn ze afhankelijk van speciale materialen.

Het gebruik van een femtosecondelaser om een ​​zelfgeorganiseerde periodieke structuur aan het oppervlak te induceren om een ​​nanoroosterstructuur te vervaardigen, heeft de aandacht getrokken. Laser-geïnduceerde periodieke oppervlaktestructuren (LIPSS) gebruiken de interferentie tussen invallend licht en elektromagnetische oppervlaktegolven om het materiaal te etsen, dus het heeft een hoge verwerkingsnauwkeurigheid. Bovendien maakt de zelfgeorganiseerde verwerkingsmethode, in vergelijking met de traditionele laserinterferentieverwerkingsmethode, de experimentele opstelling eenvoudig en maakt het scannen met een grote lichtvlek de fabricagesnelheid snel hoog.

Onderzoekers onder leiding van prof. Min Qiu aan de Westlake University, China hebben uitgebreide onderzoekservaring in LIPSS. Ze ontdekten onlangs dat wanneer een periodiek rooster wordt geïnduceerd op het oppervlak van een dunne a-Si-film, de periode van het rooster wordt beïnvloed door de interferentie van invallend licht met verschillende bronnen van elektromagnetische golven. Hun artikel, “Impact of film thickness in laser-duced periodic structures on amorphous Si films” is gepubliceerd in Grenzen van opto-elektronica.

Wanneer de dikte van de amorfe siliciumfilm klein is (50 nm) en het substraat een niet-siliciummateriaal is, wordt LIPSS met een kleine periode geïnduceerd onder de dominantie van de plaatgolfgeleidermodus. In dit geval, wanneer het substraatmateriaal verandert (veranderingen in de brekingsindex), verandert ook de periode van de LIPSS. Wanneer de dikte van de amorfe siliciumfilm groot is (200 nm), interfereert het invallende licht met de quasi-cilindrische golf en veroorzaakt het de groei van LIPSS onder de gezamenlijke werking van nabij-veld en ver-veld. De periode van LIPSS in deze modus is iets kleiner dan de lasergolflengte en is onafhankelijk van het substraatmateriaal. Eindige verschil tijdsdomein methode-gebaseerde numerieke simulaties ondersteunen de experimentele ontdekkingen.