應用半導體曝光微影!陽明交大與跨國團隊開發「真空紫外超穎透鏡」

作者 | 發布日期 2022 年 06 月 28 日 11:13 | 分類 光電科技 , 半導體 , 科技教育 Telegram share ! follow us in feedly


為有效控制紫外光,陽明交大電子研究所助理教授曾銘綸與美國萊斯大學、香港城市大學、國立聯合大學、中央研究院共同合作,開發出可有效產生,並聚焦紫外光的奈米超穎透鏡(Metasurface lens, Metalens)。

紫外光可應用來殺菌除污、綠色能源生成、量子計算,甚至是半導體廠的曝光微影,但要有效地產生,並控制紫外光並非易事,而陽明交大與跨國團隊開發的「真空紫外超穎透鏡」,研究成果獲刊國際知名期刊《Science Advances》。

曾銘綸表示,真空紫外光相較一般的可見光,具有較高能量,並在真空腔體操作,可應用在光化學、材料分析及微影等前瞻科技,但常見的光學材料會強烈吸收真空紫外光,因此如何產生與控制真空紫外光一向是個難題,也限制科學家們進一步探討真空紫外光尚未發現的潛在價值。

超穎透鏡是一種特製設計的超穎介面,由半導體材料氧化鋅薄膜加工製作而成,其聚焦與成像與一般厚重的玻璃透鏡相近,並具有更新穎的功能與應用。

▲曾銘綸(中)研究團隊。(Source:陽明交大)

團隊在研究中發現,在可見光雷射的照射下,氧化鋅可將入射的可見光雷射轉換成真空紫外光,這樣的現象稱做二次諧波效應,是非線性光學中經常使用的一種關鍵技術。

研究也發現要達到期望的雙重功能,超穎透鏡的奈米天線需要有良好的光學共振與適當的材料,連形狀也須符合某些條件,方能使超穎透鏡同時產生與聚焦真空紫外光。

搭配奈米光學、非線性光學及量子力學中幾何相位的理論後,曾銘綸與合作團隊決定採用氧化鋅奈米三角天線組成超穎透鏡,以電子束微影及聚焦離子束雕刻等技術製作數個超穎透鏡,並在美國萊斯大學的量測實驗中成功觀察到超穎透鏡將可見光雷射轉換成真空紫外光並聚焦於空間中。

▲真空紫外超穎透鏡的聚焦結果。(Source:陽明交大)

超穎透鏡產生的聚焦光點僅約為兩個微米,在聚焦點的真空紫外光的單位面積強度有 21 倍的顯著增強,未來可整合在現有的光學系統中,並應用在先進的光譜研究。

研究團隊期望未來能藉由超穎介面輕薄短小、功能多樣性、開發自由度的特性,實現更多紫外光超穎介面,並看好由半導體奈米結構組成的超穎介面未來量產與商業化的潛力,曾銘綸表示,這只是第一步,相信未來超穎透鏡可用來解決紫外光及可見光區間的挑戰,並帶來更多重要的科技應用。

(首圖來源:陽明交大)