探针对表面等离子体共振的影响

采用时域有限差分方法(FDTD)对探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻(PSPRN)技术中探针的引入对表面等离子体共振(SPR)产生的影响进行了模拟分析,以获得最佳的光刻实验条件。结果表明,高斯光束聚焦光斑越小,SPR场增强效应也越小。接触模式下,针尖曲率半径为10 nm的硅(Si),35 nm,100 nm的金(Au)探针,分别使SPR共振角变化了0,0.8°和1°。且对于Au探针,针尖曲率半径大的,针尖处的局域场增强效应要小。分析表明,采用针尖曲率半径为10 nm的Si或35 nm的Au探针,在合适的SPR膜层上通过调整光入射角度,很有可能实现50 nm的光刻记录点。     

表面等离子体共振膜系结构优化设计

Kretschmann型激发表面等离子体共振(SPR)膜系结构是探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻技术(PSPRN)的关键部分之一。采用多层介质的特性矩阵法计算膜系结构的透射系数和反射率,对PSPRN所需的单膜层、双膜层及三膜层膜系结构进行了优化设计。计算结果表明,光波波长为514.5 nm时,对于选定材料的最佳膜系结构是Ag膜厚度为46 nm的单膜层结构,Ag膜厚度为24 nm,AgOx厚度为95 nm的双膜层结构及Ag膜厚度为44 nm,SiO2厚度为180 nm,AgOx厚度为10 nm的三膜层结构,提出了记录层材料应选择折射系数小且吸收系数尽可能小的光刻材料的观点。     

数值模拟探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻

采用有损耗介质和色散介质的二维时域有限差分方法,数值模拟了以光波长514.5nm的p偏振基模高斯光束为入射光源,激发Kretschmann型表面等离子体共振,并通过探针的局域场增强效应实现纳米光刻的新方法——探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻.分别就探针与记录层的间距以及探针针尖大小,模拟分析了不同情况下探针的局域场增强效应和记录层表面的相对电场强度振幅分布.结果表明,探针工作在接触模式时,探针的局域场增强效应最明显,记录层表面的相对电场强度振幅的对比度最大;当探针针尖距记录层5nm时,针尖下方记录层表面的相对电场强度振幅大于光刻临界值的分布宽度与针尖尺寸相近. 关键词： 纳米光刻 表面等离子体共振 时域有限差分方法     

表面等离子体共振成像生物芯片检测系统

根据表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)原理,提出基于表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging, SPRI)的生物芯片检测系统构建方法.介绍了SPRI生物芯片检测系统的原理、自行组建的SPRI生物芯片检测系统的结构.采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励SPR,偏振的平行光经棱镜投射到生物芯片上,发生表面等离子体共振,由CCD摄像机采集反射光芯片图像.以巯基修饰淋病奈瑟氏菌探针为例验证该系统,利用自组装单分子层技术(Self-Assembled Monolayer,SAM)固定探针.应用该检测系统采集了探针共振、非探针处共振、探针和非探针处都不共振时的生物芯片图像.     

基于狭缝扫描的表面等离子体共振成像

利用表面等离子体共振技术进行电介质样品成像研究.采用高数值孔径显微物镜作为耦合元件,632.8nm He-Ne激光会聚激发金膜产生表面等离子体共振,通过狭缝光阑限制光束入射角,对金膜上的氮化硅光栅进行成像.反射光由放置在样品像方共轭面上的CCD摄像机接收,获得样品的表面等离子体共振像.通过扫描移动狭缝,得到入射角从44°至54°的扫描样品图像,从图像中提取样品各点的表面等离子体共振曲线,由计算机重构出样品的表面等离子体共振角谱灰度图.     

半导体核磁共振显微压力的质子全自旋量子门的实现

以实现质子全自旋量子门、观察半导体核子自旋态和量子计算为目的, 依据样品的自旋-晶格弛豫时间和自旋-自旋弛豫时间,采用脉冲调制序列控制磁共振的条件和翻转旋转框架,计算了共振显微压力. 结果表明,质子全自旋量子门具有高灵敏度和高Q操控性,通过扫描片段和激光干涉可以得到磁共振压力. 共振压力兼具MRI和AFM优点,是一种强有力的通过核自旋实现量子计算获得量子信息的有效方法. 关键词： 空间分辨率 共振显微 半导体光刻 电子束刻印     

基于表面等离子体共振的水质分析系统稳定性研究

根据表面等离子体共振的原理，建立了可用于长期、实时、不间断检测的水质分析系统.为了提高系统的稳定性，对表面等离子体共振传感芯片进行了改进，利用LB法在传感芯片的金属膜表面镀制了聚苯乙烯（PS）层.利用改进前后的表面等离子体共振传感芯片分别对两种样品进行了稳定性实验研究.分析经过长时间检测前后所测得的实验数据，发现改进后的水质分析系统所测得的溶液表面等离子体共振共振角的变化为改进前系统的1/10，最小反射率改变为改进前的1/30.实验证明，经过改进的水质分析系统能更适用于长期不间断的检测分析.     

劳埃德式紫外激光干涉光刻实验

搭建了劳埃德式紫外激光干涉光刻系统,利用劳埃德镜产生双光束分波阵面干涉,通过精确调整、控制光束的入射角,设计了曝光图样.基础实验部分可以完成一维光栅制备,分析光栅周期与波长、入射角的关系;在拓展实验中,制备设计部分可以完成二维点阵或准晶结构制备,前沿拓展部分可以制备表面等离极化激元微腔.基于劳埃德式激光干涉光刻实验操作便捷、展示度高,同时涵盖光干涉原理的介绍和光路调整、样品制备和表征等实验内容,有助于学生掌握激光干涉光刻的实验技能.     

微波等离子体离子束刻蚀技术

自行设计研制了一台微波电子回旋共振等离子体刻蚀系统。该系统采用微波直接通过石英窗口产生右旋圆极化波，由Nd—Fe—B永磁磁钢形成高强磁场，通过共振磁场区域内的电子回旋共振效应产生均匀的高密度等离子体。利用该系统，结合光刻技术和反应离子束刻蚀技术，在以碳氢（CH）等元素为主要组成的有机聚合物（PMMA）表面制备出线宽3-4μm的光栅形图形。原子力显微镜（AFM）测试结果表明，所得图形线条清晰，侧边比较陡直。     

表面等离子共振效应中传统近似理论与薄膜光学理论

指出Kretschmann模型的传统表面等离子共振公式在求解金属薄膜的参量时存在近似性,采用更为严密的薄膜光学理论,通过薄膜膜系的特征矩阵,得出表面等离子体共振衰减曲线.结果表明,表面等离子体共振近似理论与薄膜光学理论得到的共振角及反射率幅度存在差别;采用等高线图,给出了共振角差随着金属介电常量的变化规律.进一步的实验表明,薄膜光学理论所得模拟结果较表面等离子体共振近似理论与实验值吻合地更好,证明薄膜光学理论应用在表面等离子体共振效应要优于常用的近似理论.最后,采用两种理论对表面等离子体共振传感器进行优化设计,结果表明,两种理论所获得的高灵敏度分布区域差异较大,必须采用薄膜光学理论提供更精确的薄膜参量,来优化设计高灵敏度表面等离子体共振传感器.