Прямая лазерная запись дифракционных структур на металлических пленках с антиотражающим покрытием

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-79-00049

НазваниеПрямая лазерная запись дифракционных структур на металлических пленках с антиотражающим покрытием

Руководитель Белоусов Дмитрий Александрович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-711 - Методы наноструктурирования (нанолитография и сопутствующие процессы)

Ключевые слова дифракционная оптика, термохимическая технология, прямая лазерная запись, дифракционные структуры, тонкие плёнки металлов, многослойные плёнки, антиотражающие покрытия, коэффициент поглощения

Код ГРНТИ29.31.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время активно ведутся исследования в области поиска тонкопленочных материалов, пригодных для формирования поверхностного микро- и нанорельефа с использованием термохимической технологии лазерной записи, а также режимов их обработки. Интерес к этим исследованиям обусловлен непрерывно возрастающими требованиями к современным устройствам и приборам, в которых, в частности, используются оптические элементы с дифракционной структурой. Данные элементы позволяют осуществлять светоделительные, фокусирующие, поляризационные, корректирующие и другие преобразования исходного волнового фронта, эффективно расширяя функциональные возможности элементной базы оптических компонентов. Исследования в этой области актуальны как для развития существующих, так и для создания новых экономически-эффективных технологических производств. Предлагаемый проект направлен на развитие физических основ формирования поверхностных микро- и наноструктур методами прямой безрезистной лазерной записи, с целью повышения экономической эффективности, производительности и снижения погрешностей изготовления рассчитанной топологии. Одной из проблем при формировании поверхностного рельефа на металлических плёнках переходных металлов, например на плёнках титана, с использованием термохимической технологии лазерной записи является постепенное окисление поверхностного слоя напылённой на подложку металлической плёнки. Это приводит к нестабильности её параметров, как в процессе записи, так и к нестабильности контраста сформированной дифракционной структуры. В рамках предварительных исследований, проведённых при выполнении проекта РНФ № 17-19-01721 научным коллективом лаборатории дифракционной оптики ИАиЭ СО РАН, включая автора данного проекта, было показано, что тонкий слой кремния (~5 нм), напылённый на плёнку металла, позволяет защитить её от нежелательного пассивного окисления и при этом не препятствует диффузии кислорода из атмосферы при термохимическом локальном лазерном нагреве в процессе записи. Кроме того, напыление тонкого слоя кремния позволяет существенно увеличить поглощение излучения на длине волны лазерного записывающего пучка, что актуально с точки зрения повышения производительности термохимической записи оксидных структур. В рамках предлагаемого проекта планируется дальнейшее проведение исследований в данном направлении, с целью развития термохимической технологии прямой лазерной записи на металлических плёнках с антиотражающим покрытием. Помимо плёнок титана будут исследованы и другие металлические плёнки (например, хром, гафний и цирконий), в совокупности с оптимизацией толщины напыляемого металлического слоя, а также другие антиотражающие неорганические покрытия, которые, возможно, позволят добиться лучших результатов. Напыление кремния на металлическую плёнку в качестве антиотражающего покрытия, по результатам предварительных исследований, позволяет добиться увеличения поглощения ~ в 1.9 раза. Это может позволить использовать стандартные литографические системы лазерной записи по фоторезисту, для прямой безрезистной лазерной записи на металлических плёнках, что также планируется исследовать в рамках данного проекта. Также, в настоящее время, большое внимание уделяется исследованию и поиску практических приложений термохимических лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур (ТЛИППС), которые формируются под воздействием импульсного лазерного пучка с низкоапертурной фокусировкой. Предварительно проведённые исследования показали, что тонкие плёнки гафния являются перспективным материалом для высокопроизводительной записи ТЛИППС с высокой степенью упорядоченности и низкой дефектностью структуры. Повышение поглощения лазерного излучения при записи на металлических плёнках с антиотражающим покрытием должно позволить повысить производительность записи ТЛИППС и, возможно, улучшить их упорядоченность, за счёт сокращения числа импульсов в области локального лазерного воздействия, которое необходимо для формирования периодической структуры на модифицируемой поверхности. В рамках предлагаемого проекта планируется исследовать возможность формирования ТЛИППС путём их записи на многослойных металлосодержащих плёнках, подбирая материалы и оптимизируя толщину слоёв, с целью получить периодические структуры с высокой упорядоченностью и минимальной дефектностью. Указанные исследования непосредственно согласуются с «Приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники в РФ» (раздел «Индустрия наносистем и материалов»). Реализация задач Проекта будет способствовать дальнейшему прогрессу в области лазерных технологий для синтеза перспективных элементов нанофотоники и дифракционной оптики.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Куц Р.И., Корольков В.П., Микерин С.Л., Окотруб К.А., Белоусов Д.А., Малышев А.И., Саметов А.Р., Шиманский Р.В., Гаврилова Т.А. Объёмная термохимическая лазерная запись наноструктурированных отражающих дифракционных решёток на двухслойном материале Zr/SiO2 Оптический журнал, Т. 90, №. 4, С. 5 – 17 (год публикации - 2023)
10.17586/1023-5086-2023-90-04-05-17

2. Белоусов Д.А., Куц Р.И., Корольков В.П. Оптимизация параметров двухслойной плёнки Si/Ti для термохимической лазерной записи дифракционных структур Сборник трудов IX Международной конференции и молодежной школы «Информационные технологии и нанотехнологии» ИТНТ-2023: Тезисы докладов., Т. 1, С. 010482 (год публикации - 2023)

3. Белоусов Д.А., Куц Р.И., Окотруб К.А., Корольков В.П. Direct laser writing of diffractive structures on bi-layer Si/Ti films coated on fused silica substrates Photonics, Vol. 10, №. 7, P. 771 (год публикации - 2023)
10.3390/photonics10070771

4. Куц Р.И., Белоусов Д.А., Корольков В.П. Исследование пространственного разрешения технологии прямой лазерной записи с использованием двуслойной пленки a-Si/Cr Материалы XIX Международной молодежной конференции по люминесценции и лазерной физике «ЛЛФ-2023», С. 122 – 123 (год публикации - 2023)

5. Белоусов Д.А., Куц Р.И., Корольков В.П. Лазерная запись силицидных структур на плёнках Ti с покровным слоем Si HOLOEXPO 2023: 20-я Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям : Тезисы докладов, С. 318 – 323 (год публикации - 2023)

6. Куц Р.И., Белоусов Д.А., Корольков В.П. Usage of the metal silicide formation reactions for direct thermochemical laser writing Book of abstracts of the 30th International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT 2023), LM-O-11 (год публикации - 2023)

7. Белоусов Д.А., Куц Р.И., Корольков В.П. Thermochemical laser writing of silicide masks on dual-layer films a-Si/Cr Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Vol. 12762, P. 127620W (год публикации - 2023)
10.1117/12.2687545

8. Куц Р.И., Белоусов Д.А., Корольков В.П., Малышев А.И., Саметов А.Р. Применение прямой лазерной записи на двуслойных пленках a-Si/Cr для изготовления бинарных синтезированных голограмм XIII Международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов, С. 149 – 150 (год публикации - 2024)

9. Куц Р.И., Белоусов Д.А., Корольков В.П. Прямая лазерная запись дифракционных микроструктур на тонкой двуслойной пленке a-Si/Cr Труды XXXI Международной научной конференции «Лазерно-информационные технологии – 2023» (ЛИТ-2023), С. 173 – 174 (год публикации - 2023)

Публикации