Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины

Интегрированные сети распределения, обработки и зондирования оптических сигналов требуют миниатюризации основных оптических элементов, таких как волноводы, разветвители, решетки и оптические переключатели. Для достижения этой цели необходимы подходы к изготовлению, позволяющие производить изделия с высоким разрешением.

Особенно сложны в изготовлении такие изогнутые элементы, как изгибы и кольцевые резонаторы, поскольку они требуют еще более высокого разрешения и меньшей шероховатости боковых стенок. Кроме того, необходимы технологии изготовления с точным контролем абсолютных размеров структуры.

Для изготовления субволновых структур с высоким разрешением было разработано несколько технологий, таких как прямая лазерная запись, многофотонная литография, электронно-лучевая литография, ионно-лучевая литография и литография домино. Однако эти технологии являются дорогостоящими, сложными и требуют много времени. Наноимпринтная литография — это новая технология тиражирования, хорошо подходящая для эффективного производства с высоким разрешением. Однако она требует высококачественных мастер-штампов, которые обычно изготавливаются с помощью электронно-лучевой литографии.

В новой работе, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, ученые доктор-инженер Лей Чжэн и др. из Лейбницкого университета Ганновера разработали недорогую и удобную технологию изготовления, названную проекционной фотолитографией (MPP) на основе УФ-светодиодов, для быстрого изготовления оптических элементов с высоким разрешением в течение нескольких секунд. Этот подход позволяет переносить шаблоны структур на фотомаске на подложку с фоторезистивным покрытием под ультрафиолетовым освещением.

Система MPP основана на стандартных оптических и оптомеханических элементах. Вместо ртутной лампы или лазера в качестве источника света используется очень дешевый УФ-светодиод с длиной волны 365 нм.

Исследователи разработали предшествующий процесс получения хромовой маски со структурным рисунком, необходимой для MPP. Он включает в себя разработку структуры, печать на прозрачной фольге и перенос рисунка на хромовую фотомаску. Для подготовки фотомасок они также создали литографическую установку. Напечатанные на прозрачной фольге рисунки структуры могут быть перенесены на хромовую фотомаску с помощью этой установки и последующего процесса мокрого травления.

Система MPP позволяет изготавливать оптические элементы высокого разрешения с размерами элементов до 85 нм. Это сопоставимо с разрешением гораздо более дорогих и сложных методов изготовления, таких как многофотонная и электронно-лучевая литография. MPP может быть использован для изготовления микрофлюидных устройств, биосенсоров и других оптических приборов.

Разработанный исследователями подход к изготовлению является значительным достижением в области литографии для быстрого структурирования оптических элементов с высоким разрешением. Он особенно хорошо подходит для приложений, где важно быстрое создание прототипов и недорогое производство. Например, он может быть использован для разработки новых оптических устройств для биомедицинских исследований или для создания прототипов новых MEMS-устройств для бытовой электроники.

05.01.2024