[发明专利]一种超衍射纳米光学探针

说明书

技术领域

本发明涉及光刻直写技术，特别是一种超衍射纳米光学探针以及一种表面沉积多层膜材料的蝴蝶结结构。

背景技术

近年来，纳米光刻技术得到了突飞猛进的发展。等离子直写纳米光刻(plasmonic direct writing nanolithography)技术由于其相对于传统的有掩膜板的光刻而言，具有制作周期短，刻写结构灵活多样的优点；相对价格昂贵的电子束光刻，聚焦离子束光刻而言，又大大降低了成本，使得其应用越来越广，逐渐成为最具潜力的光刻技术。在等离子直写纳米光刻技术中最重要的一种是以近场光学显微镜(SNOM)探针为基础的光刻技术，其中探针是其最主要的部件，决定了光刻质量和分辨率。Betzig等人采用锥形光纤探针的进场光学显微镜在传统的光刻胶上很容易地实现了约为100nm的光刻线(Betzig E，Trautman J K1992 Science257193)，但是这一光刻方法采用的光纤探针容易损坏，并且能量的耦合与透光率很低。上海光机所的洪小刚等人在此基础上作出了一定的改进，他们用探针诱导表面等离子体来增强光的耦合效率虽然也起到了一定的效果(洪小刚&徐文东.探针对表面等离子体共振的影响.光学学报30，3049-3053(2010).)，然而其要达到很高的分辨率，探针针尖必须要做到足够的小，而且其利用光热效应来实现光刻，不能实现多次刻写，因而限制了其应用的范围。以上研究表明，一方面，随着探针尖端孔径的减小，透光率将呈指数衰减；另一方面，对分辨率起决定性作用焦斑大小却又与孔径成正比。该矛盾大大制约了SNOM探针光刻的分辨率。

发明内容

针对以上的不足，本发明需要解决的技术问题有：在保证耦合的基础上，对光斑进行修饰和压缩，以此提高光刻分辨率；同时提高光的透过率，提高光刻胶中光强对比度和作用距离。

本发明提供一种超衍射纳米光学探针，所述光学探针包括锥形介质芯、金属外包层、介质膜和金属膜层，所述锥形介质芯顶部为平台状的锥形针尖；在锥形介质芯的外表面镀一层金属外包层，并在锥形针尖的表面沉积成多层膜，该多层膜由交替排列的介质膜和金属膜层组成，当光垂直入射到介质膜的表面时，在金属膜层与介质膜的界面激发表面等离子体激元，表面等离子体激元沿界面传播到锥形针尖时，对光斑起到局域增强，并进一步通过锥形针尖的表面沉积多层膜的光学各向异性，对局域增强的光斑进行修饰、压缩，同时对光斑起到透射增强的作用；将超衍射纳米光学探针接近旋涂光刻胶记录介质的样品表面，从而实现光刻的目的。

本发明与现有技术相比，具有的优点在于：利用锥形介质芯和表面镀的一层金属薄膜来传播表面等离极化激元；利用锥形针尖实现对局域的增强，并锥形针尖表面多层膜实现对倏逝波的耦合放大传输以及对光斑进行修饰和压缩；利用表面沉积多层膜蝴蝶结结构实现对焦斑的压缩和局域场增强，从而实现超分辨光刻。它首次将多层膜材料应用到直写探针上，设计了一种新的探针，理论上可以通过调整多层膜结构中金属介质膜厚，实现对光斑的压缩增强，达到几十纳米左右的刻蚀线宽；并且材料便宜，结构相对简单，可以很好的应用于高密度存储设备中。

附图说明

图1为本发明包含的超衍射纳米光学探针剖面图；

图2为本发明包含的表面沉积多层膜蝴蝶结结构的俯视图；

图3为本发明包含的表面沉积多层膜蝴蝶结结构的剖面图；

图4为实施例中记录层表面下10nm的电场分布|E|²。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下面实施例，应包括权利要求书中的全部内容。