表面等离子体纳米光刻技术探究

低温等离子体表面处理技术

低温等离子体表面处 理技术

Plasma and first wall Introduction Today I will talk about something about my study on the first wall in the tokamak. Firstly, I will show you that what the plasma is in our life thought the following pictures such as: Fig.1 Lighning Fig.2 Aurora Fig.3 Astrospace Just as the pictures mentioned above , they are all consist of plasma. But, what does have in the plasma, now our scientist had given a definition that the plasma state is often referred to as the fourth state of matter and contains enough free charged particles（negative ions 、positive ions）and electronics. Like the photo below. Fig.4 Plasma production Plasma production In our research, we produce the plasma through an ICP (inductively coupled plasma)

表面等离子体激元简介报告.docx

表面等离子体激元简介 一．表面等离子体激元 表面等离子体（Surface Plasmons）的出现提供了一种在纳米尺度下处理光 的方式。表面等离子体通常可以分成两大类——局域表面等离子体共振 （Localized Surface Plasmon Resonance）和表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons）。局域表面等离子体共振专指电磁波与尺寸远小于波长的 金属纳米粒子中的自由电子的相互耦合，这种等离子体只有集体共振行为，不能 传播，但可以向四周环境辐射电磁波。局域表面等离子体共振可以通过光直接照 射产生。表面等离子体激元指的是在金属和电介质分界面上传播的一种元激发 Excitations），这种元激发源自电磁波和金属表面自由电子集体共振的相互耦

合。表面等离子体激元以指数衰减的形式束缚在垂直于传播的方向，由于它的传 播波矢要大于光在自由空间中的波矢，电磁波被束缚在金属和电介质的分界面而 不会向外辐射，也正是因为这种独特的波矢特性，表面等离子体激元的激发需要 满足一定的波矢匹配条件。 二．SPPs的激发和仿真方法 由于SPSs的波矢量大于光波的波矢量，或者说SPPs的动量与入射光子的 动量不匹配，所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。为了激励表面等离 子体波，需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，常用的结构有以下几种：（1） 棱镜耦合：棱镜耦合的方式包括两种，一种是Kretschmannt方式；另一种是Otto 方式。（2）采用波导结构（3）采用衍射光栅耦合（4）采用强聚焦光束（5）采 用近场激发。 目前主要的仿真方法有以下三种

冷弧空气等离子体射流表面处理技术分析

冷弧空气等离子体射流表面处理技术介绍 一.冷弧空气等离子体射流表面处理的必要性 传统的表面处理用湿法，采纳化学溶剂浸泡擦洗。湿法不具有普适性，处理速度慢，特不是化学溶剂会造成二次污染，使得人们必须查找新的表面处理技术。 低温等离子体具有极强的化学活性，在室温下能够引起多种化

学反应或物理刻蚀，而基质材料的本体性能不受阻碍。通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理，化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使材料表面清洁、活化，改善材料表面的亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能。它的这种专门性能能够对塑料、橡胶、金属、半导体、陶瓷和玻璃、复合物、纺织品、泡沫等进行表面改性，以及金属和非金属的粘接表面处理，因此能够广泛应用于汽车、航空、家用电器、包装材料、医疗器械、电子、机械、建筑、纺织和生物医学工程等领域。 在一般情况下，低温等离子体表面处理能够采纳低气压等离子体技术，但由于要使用真空系统，常常具有专门大的局限性，也使得花费过大。常压等离子体技术使表面处理变得简单而廉价。常压等离子体产生的方法有：一是电晕放电等离子体，二是冷弧放电等离子体，三是射频放电等离子体（包括同轴型和平板多孔型），四

是介质阻挡放电等离子体。其中射频放电须用氦气工作，无法广泛应用；电晕和介质阻挡放电会产生大量臭氧，污染使用环境。因此，冷弧空气等离子体射流表面处理是最廉价、最有用的技术。它用于表面处理有专门大的优势，它的优点在于 1．属于干式工艺，省能源，无公害，满足节能和环保的需要；2．使用空气，无臭氧污染，价格专门廉价，时刻短，效率高；3．对所处理的材料无严格要求，具有普遍适应性； 4．可处理形状复杂的材料，材料表面处理的均匀性好； 5．反应环境温度低； 6．对材料表面的作用仅涉及几到几百纳米，材料表面性能改善的同时，基体性能不受阻碍。 这种技术通过十几年的进展差不多逐步成熟，在国外差不多有一些髙技术公司在大力推广和使用这类技术。国内也有一些实验室开始着手推广这类技术。我们在已有的技术基础上不失时机的进行

大面积表面等离子激元干涉光刻

https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html, 大面积表面等离子激元干涉光刻* 1郭小伟，张志友，杜惊雷，郭永康，2姚军 1四川大学物理科学与技术学院纳光子技术研究所，成都，610064 2英国达拉谟大学物理系，DL1 3DJ,UK 摘要：利用衰减全反射耦合模式激发表面等离子激元，提出一种大面积表面等离子干涉纳米光刻方法。表面等离子激元干涉可引起了电场在一定深度上具有很强的透射增强，这一特性对于近场非接触光刻很有利。通过时域有限差分法模拟显示，当用441nm的P偏振光照明三棱镜，在其底部金属覆层激发表面等离子激元，并使其干涉，在光刻胶上可获得60nm高对比度干涉条纹。该方法可制作小于入射波长的七分之一纳米图形，其光刻成本低、面积大，有着很大的应用潜力。 关键词：光刻，表面等离子体激元，干涉，纳米图形 该文的英文稿已于2006年9月在OPTICS LETTERS的31卷17期上正式发表，本文由张志友执笔 Large-area surface-plasmon polariton interference lithography Xiaowei Guo, Zhiyou Zhang ,Jinglei Du, Yongkang Guo Department of Physics, Sichuan University, Chengdu 610064, China Jun Yao Department of Physics, Durham University, Durham DL1 3DJ, UK Abstract:Large-area surface-plasmon polariton (SPP) interference lithography is presented that uses an attenuated total reflection-coupling mode to excite the interference of the SPPs. The interference of the SPPs causes a highly directional intensity range in a finite depth of the electric field, which is good for noncontact. Finitedifference time-domain simulations of the interference on a thin resist layer show that broad-beam illumination with a p-polarized light at a wavelength of 441 nm can produce features as small as 60 nm with high contrast, smaller than λ/7. Our results illustrate the potential for patterning periodic structures over large areas at low cost. Key words: Lithography,Surface-plasmon polariton (SPP)，Interference，Nano-pattern 1、引言： 大规模集成电路的发展不断压缩光刻线条的特征尺寸，并要求发展纳米尺度的光刻新技术。可加工纳米线条的193浸润式扫描投影光刻系统和正在发展中的EUV光刻系统的结构越来越复杂，系统成本和光刻加工成本也越来越高。相比之下，干涉光刻可以大面积曝光且焦深长、不需要复杂、昂贵的高数值孔径光学成像系统，可实现亚微米量级的光刻线条加工，在制作周期性图形方面有很大优势 [1，2] 。消逝波干涉光刻（Evanescent wave interference lithography，EIL）[3，4]可获得纳米量级图形，但受到传播距离短，曝光深度浅，干涉条纹对比度差等限制。如果在消逝波光刻中引入表面等离子体激元（Surface Plasmon Polarizons,SPP），利用其近场透射增强特性，则会大大改善光刻图形的质量 [5] 。 SPPs通常是一种沿着金属导体表面传播的电荷疏密波。利用表面等离子体（Surface plasmon ,SP），共振干涉纳米光刻技术（Surface plasmon resonant interference nanolithography technique, SPRINT）[6]，和表面等离子体干涉纳米光刻（Surface plasmon interference nanolithography, SPIN）成功的制作了亚100nm的干涉图案[7]。然而，这两种方法都只适合 _________ *教育部博士点基金、国家自然科学基金（60676024）资助

低温等离子体技术在表面改性中的应用

低温等离子体技术在表面改性中的应用低温等离子体中粒子的能量一般约为几个至几十电子伏特，大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特)，完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键；但远低于高能放射性射线，只涉及材料表面，不影响基体的性能。处于非热力学平衡状态下的低温等离子体中，电子具有较高的能量，可以断裂材料表面分子的化学键，提高粒子的化学反应活性(大于热等离子体)，而中性粒子的温度接近室温，这些优点为热敏性高分子聚合物表面改性提供了适宜的条件。 1 形成装置及影响因素 选择适宜的放电方式可获得不同性质和应用特点的等离子体，通常，热等离子体是气体在大气压下电晕放电产生，冷等离子体由低压气体辉光放电形成。 热等离子体装置是利用带电体尖端(如刀状或针状尖端和狭缝式电极)造成不均匀电场，称电晕放电，使用电压和频率、电极间距、处理温度和时间对电晕处理效果都有影响。电压升高、电源频率增大，则处理强度大，处理效果好。但电源频率过高或电极间隙太宽，会引起电极间过多的离子碰撞，造成不必要的能量损耗；而电极间距太小，会有感应损失，也有能量损耗。处理温度较高时，表面特性的变化较快。处理时间延长，极性基团会增多；但时间过长，表面则可能产生分解物，形成新的弱界面层。 冷等离子体装置是在密封容器中设置两个电极形成电场，用真空泵实现一定的真空度，随着气体愈来愈稀薄，分子间距及分子或离子

的自由运动距离也愈来愈长，受电场作用，它们发生碰撞而形成等离子体，这时会发出辉光，故称为辉光放电处理。辉光放电时的气压大小对材料处理效果有很大影响，另外与放电功率，气体成分及流动速度、材料类型等因素有关。 不同的放电方式、工作物质状态及上述影响等离子体产生的因素，相互组合可形成各种低温等离子体处理设备。 2 在表面改性中的应用 低温等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能等优点，在表面改性中广泛的应用。 2.1 表面处理 通过低温等离子体表面处理，材料表面发生多种的物理、化学变化，或产生刻蚀而粗糙，或形成致密的交联层，或引入含氧极性基团，使亲水性、粘结性、可染色性、生物相容性及电性能分别得到改善。 用几种常用的等离子体对硅橡胶进行表面处理，结果表明N2、Ar、O2、CH4-O2及Ar-CH4-O2等离子体均能改善硅橡胶的亲水性，其中CH4-O2和Ar-CH4-O2的效果更佳，且不随时间发生退化［6］。英国派克制笔公司将等离子体技术用于控制墨水流量塑料元件的改性工艺中，提高了塑料的润湿率。 文献表明，用低温等离子体在适宜的工艺条件下处理PE、PP、PVF2、LDPE等材料，材料的表面形态发生的显著变化，引入了多种含氧基团，使表面由非极性、难粘性转为有一定极性、易粘性和亲水性，有利于粘结、涂覆和印刷。

表面等离子体激元研究现状及应用

表面等离子体激元研究现状及应用 黄增盛 （桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林 541004） 摘要：表面等离子体激元（SPPs）是在金属和介质界面传播的一种波动模式，本文主要讨论了的一些基本特性，概述了现在阶段主要的一些激发产生的方式。描述了在集成光通信上的应用，比如基于表面等离子体激元的纳米激光器、新型波导和SPPs耦合器等纳米光子器件。分析了表面等离子体共振(SPR)技术在生物及医疗领域的新应用，并对其在治疗癌症方面的技术原理进行了讨论。介绍了SPPs在新型光源和能源领域的发展和应用情况，最后讨论了SPPs在光存储方面的快速发展。 关键词：表面等离子激元；表面等离子体共振；纳米激光器 The research situation and applications of surface plasmon polaritons Huang Zeng-sheng (School of Information and Communication Engineering, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China) Abstract:Surface plasmon polaritons (SPPs) is in a wave pattern of dielectric and metal interface communication, some basic properties are discussed in this paper, an overview of the main stage generated now some way. Described in the application of integrated optical communication, such as nano lasers, novel waveguide and SPPs coupler base on the surface plasmon. Analysis new technology applies of the surface plasmon resonance (SPR) in biological and medical fields, and the principle of the technique in the treatment of cancer are discussed. Introducing the SPPs development and application in the new field of energy source, and finally discussed the rapid development of SPPs in optical storage. Key words: The surface plasmon polaritons; The surface plasmon resonance; The nano lasers 表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons, SPPs)是光和金属表面的自由电子相互作用所引起的一种电磁波模式,或者说是在局域金属表面的一种自由电子和光子相互作用形成的混合激发态。它既具有光子学的速度，又具有电子学的尺度，能够在亚波长结构中对光进行约束和操控，被喻为目前最有希望的纳米集成光子器件的信息载体。目前，SPPs 光波导、亚波长孔径的增强透过现象以及光控高速光开关从实验和理论上都得到了广泛的论证。伴随着纳米科技的蓬勃发展，许多有趣的表面等离子体光学器件不断向前推进，在各个领域发挥着越来越重要的作用。 1SPPs 的基本特性 表面等离子体激元是指光子与金属表面的自由电子相互作用而被俘获，外来光子电磁场激发引起金属中电荷密度涨落产生的电磁模式，它沿着金属表面传播，是一种倏逝表面波，满足麦克斯韦方程[2]。

等离子表面处理

项目提纲 一、项目背景 等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，主要包括：电子、离子、中性基团、分子、光子，它是除去固、液、气相之外物质存在的第四态。1879年英国物理学家William Crookes发现物质第四状态，1929年美国化学物理学家Langmuir发现等离子体。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间，空间物理，地球物理等科学的进一步发展提新的技术和工艺。 等离子体可分为两种：高温和低温等离子体。高温等离子体如焊工用高温等离子体焊接金属。现在低温等离子体广泛运用于多种生产领域。例如：材料的表面处理（塑料表面处理、金属表面处理、铝表面处理，印刷、涂装及粘接前的等离子表面处理），此技术主要作用为清洗材料表面，提高表面的附着能力及粘接能力。等离子技术具有极为广泛的应用领域，这使其成为行业中广受关注的核心表面处理工艺。通过使用这种创新的表面处理工艺，可以实现现代制造工艺所追求的高品质，高可靠性，高效率，低成本和环保等目标。 等离子表面处理技术能够应用的行业非常广泛，对物体的处理不单纯的是清洗，同时可以进行刻蚀、和灰化以及表面活化和涂镀。因此就决定了等离子表面处理技术必将有广泛的发展潜力。也会成为科研院所、医疗机构、生产加工企业越来越推崇的处理工艺。 二、等离子技术简介 射流型常压等离子处理系统由等离子发生器、气体管路及等离子喷枪组成。等离子发生器产生高压高频能量在喷嘴钢管中被激活和被控制的辉光放电中产生了低温等离子体，借助压缩空气将等离子体喷向工件表面，当等离子体与被处理表面相遇时，产生了化学作用和物理变化，表面得到了清洁。却除了碳化氢类污物，如油脂、辅助添加剂等。根据材料成分，其表面分子链结构得到了改变。建立了自由基团，这些自由基团对各种涂敷材料具有促进粘合的作用，在粘合和油漆应用时得到了优化。在同样效果下，应用等离子体处理表面可以得到非常薄的高张力涂层表面，不需要其他机械、化学处理等强烈作用成分来增加粘合性。 高分子领域中应用的等离子体表面处理技术，是指利用非聚合性气体(如Ar、N2、CO、NH3、O2、H2等)等离子体与高分子材料表面相互作用，使在表面上形成新的官能团和改变高分子链结构，以改善亲(疏)水性、粘接性、表面电学性能、光学性能以及生物相容性等，从而达到表面改性的目的。参与表面反应的活性种有激发态分子、离子、自由基及紫外辐射光子。对高分子材料表面的作用有刻蚀、断键(链)、形成自由基及活性种与自由基复合从而引入新的官能团或形成交联结构。在等离子体处理过程中，随不同的放电条件，往往以某种作用为主，几种作用并存。等离子体处理的优点是效果显著，工艺简单，无污染，可通过改变不同的处理条件获得不同的表面性能，应用范围广。更为重要的是，处理效果只局限于表面而不影响材料本体性能。其缺点是处理效果随时间衰退；影响处理效果因素的多样性使其重复性和可靠性较差。 等离子表面处理在高分子材料改性中的应用，主要表现在下述几方面。 1）改变材料表面亲((疏)水性。一般高分子材料经NH3、O2、CO、Ar、N2、H2等气体等离子体处理后接触空气，会在表面引入—COOH，CO，—NH2''—OH等基团，增加其亲水性。处理时间越长，与水接触角越低，而经含氟单体如CF4''CH2F2等气体等离子体处理则可氟化高分子材料表面，增加其憎水性。 2）增加材料的粘接性。等离子体处理能很容易在高分子材料表面引入极性基团或活性点，

表面等离子体

表面等离子体 （surface plasmons，SPs）是一种电磁表面波，它在表面处场强最大，在垂直于界面方向是指数衰减场，它能够被电子也能被光波激发。表面等离子体是目前纳米光电子学科的一个重要的研究方向，它受到了包括物理学家，化学家材料学家，生物学家等多个领域人士的极大的关注。随着纳米技术的发展，表面等离子体被广泛研究用于光子学，数据存储，显微镜，太阳能电池和生物传感等方面。 表面等离子体 表面等离子体 - 科学历史 1902年，R. W. Wood在光学实验中首次发现了表面等离激元共振现象。1941年，U. J. Fano等人根据金属和空气界面上表面电磁波的激发解释了这一现象。R. H. Ritchie注意到，当高能电子通过金属薄膜时，不仅在等离激元频率处有能量损失，在更低频率处也有能量损失峰，并认为这与金属薄膜的界面有关。1959年，C. J. Powell和J. B. Swan通过实验证实了R. H. Ritchie的理论。1960年，E. A. Stren和R. A. Farrel研究了此种模式产生共振的条件并首次提出了表面等离激元（Surface Plasmon，SP）的概念。在纳米技术成熟之后，表面等离子体受到了人们极大的关注，成为目前研究的热点。它已经被应用于包括生物化学传感，光电子集成器件多个领域。 表面等离子体 - 基本原理

表面等离子体场分布特性 表面等离子体（Surface Plasmons，SPs）是指在金属表面存在的自由振动的电子与光子相互作用产生的沿着金属表面传播的电子疏密波。其产生的物理原理如下：如作图所示，在两种半无限大、各项同性介质构成的界面，介质的介电常数是正的实数，金属的介电常数是实部为负的复数。根据maxwell方程，结合边界条件和材料的特性，可以计算得出表面等离子体的场分布和色散特性。 一般来说，表面等离子体波的场分布具有以下特性： 1.其场分布在沿着界面方向是高度局域的，是一个消逝波，且在金属中场分布比在介质中分布更集中，一般分布深度与波长量级相同。 2.在平行于表面的方向，场是可以传播的，但是由于金属的损耗存在，所以在传播的过程中会有衰减存在，传播距离有限。 3.表面等离激元的色散曲线在自然光的右侧，在相同频率的情况下，其波矢量比光波矢量要大。 表面等离子体 - 激发方式 表面等离子体 由于在一般情况下，表面等离子体波的波矢量大于光波的波矢量，所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。为为了激励表面等离子体波，需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，常用的结构有以下几种： 1.采用棱镜耦合的方式：棱镜耦合的方式包括两种：一种是Kretschmann结构：金属薄膜直接镀在棱镜面上，入射光在金属-棱镜界面处会发生全反射，全反射的消逝波可能实现与表面等离子体波的波矢量匹配，光的能量便能有效的传递给表面等离子体，从而激发出表面等离子体波。这是目前广泛用于表面等离子体的科研与生产的一种结构。另一种是Otto结构：具有高折射率的棱镜和金属之间

表面等离子体共振原理及其化学应用

表面等离子体共振原理及其应用 李智豪 1.表面等离子体共振的物理学原理 人们对金属介质中等离子体激元的研究, 已经有50多年的历史。1957年Ritchie发现, 高能电子束穿透金属介质时, 能够激发出金属自由电子在正离子背景中的量子化振荡运动, 这就是等离子体激元。后来,人们发现金属薄膜在入射光波照射下, 当满足特定的条件时, 能够激发出表面等离子体激元, 这是一种光和自由电子紧密结合的局域化表面态电磁运动模式。由于金属材料的吸收性质,光波沿金属表面传播时将不断被吸收而逐渐衰减, 入射光波的能量大部分都损耗掉了, 造成反射光的能量为最小值, 这样就把反射光谱的极小值与金属薄膜的表面等离子体共振联系了起来。 1.1 基本原理[1] 光与金属物质的相互作用主要是来自于光波随时间与空间作周期性变化的电场与磁场对金属物质中的电荷所产生的影响,导致电荷密度在空间分布中的变化以及能级跃迁与极化等效应,这些效应所产生的电磁场与外来光波的电磁场耦合在一起后,表达出各种不同光学现象。 等离子体是描述由熔融状态的带电离子所构成的系统,由于金属的自由电子可当作高密度的电子流体被限制于金属块材的体积范围之内,因此亦可类似地将金属视为一种等离子体系统。当电磁波在金属中传播时,自由电子会随着电场的驱动而振荡,在适当条件下,金属中传播之电磁波其电场振荡可分成两种彼此独立的模态,其中包含电场或电子振荡方向凡垂直于电磁波相速度方向的横波模态,以及电场或电子振荡方向凡平行波的传播方向纵波模态。对于纵波模态,自由电子将会沿着电场方向产生纵向振荡的集体运动,造成自由电子密度的空间分布会随时间之变化形成一种纵波形式之振荡,这种集体运动即为金属中自由电子之体积等离子体振荡。 金属复介电常数的实部相对其虚部来说,往往是一个较大的负数,金属的这种光学性质,使金属和介质的界面处可传输表面等离子波,使夹于两介质中间的金属薄膜可传输长程表面等离子波。这两类表面波具有不同于光导波的独特性质,例如,有效折射率的存在范围大、具有场

数值模拟探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻

数值模拟探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻 3 洪小刚1) 　徐文东 1) 　李小刚1)　赵成强1)　唐晓东 2) 1)(中国科学院上海光学精密机械研究所,上海　201800)2)(华东师范大学信息科学技术学院,上海　200241)(2007年12月28日收到;2008年3月26日收到修改稿) 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51415nm 的p 偏振基模高斯光束为入射光源,激发K retschmann 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 PACC :8116N ,7320M 3上海市科委科技基金(批准号:06D J14007),国家自然科学基金重大项目(批准号:60490294),国家自然科学基金(批准号:50502036)和上海市“曙光”计划(批准号:06SG 30)资助的课题. 通讯联系人.E 2mail :xuwendong @https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html, 11引言 纳米科技是20世纪80年代逐步发展起来的前 沿交叉学科,已成为21世纪信息时代的核心.纳米量级结构作为研究微观量子世界的重要基础之一,其制作技术已成为当前世界科学研究急需解决的问题.纳米结构制作的主要途径是采用光刻方法在物体上制作纳米量级图形.传统的光刻技术由于光的波动性,受到了衍射极限的限制,因此要获得高的空间分辨率一般是采用高数值孔径的物镜,短波长光源或非光学方法.目前这类光刻技术如193nm 浸没式技术,157nm 极短紫外光(E UV ),电子束投影光刻(EP L )和纳米压印光刻等,可制作45nm 的节点,并朝着32nm 发展.但这类光刻技术本身还具有一定不足之处,如:短波长光源的光学系统复杂、成本高;以电子束为光源的光刻技术受前散射效应、背散射效应、临近效应和电荷空间效应等影响容易造成光致抗蚀剂图形失真、基底材料受损;纳米压印光刻的印章制作困难,压印条件苛刻等.这些不足之处限制了它们在实际生产中的应用,因此有必要发展新的光刻技术. 近场光学为光刻技术的发展提供了一条新的途 径.Betzig 等人[1] 采用锥形光纤探针的近场光学显微镜(NS OM )在传统的光刻胶上很容易地实现了约为100nm 的光刻线.但是这一光刻方法采用的光纤探针容易损坏,并且光学近场内能量的耦合、传递效率低;NS OM 光刻速度慢,一般为几个μm Πs ,而且光刻范围很小,只有100μm ×100μm ,使得实际应用受 到很大限制.K uwahara [2] 将超分辨近场结构用于光刻,并在可见光照射下刻出了线宽小于100nm 的沟槽,至今超分辨近场结构光刻技术已经实现了31nm 的记录点[3] ,是目前最具应用前景的光刻技术之一.近年来对该技术的进一步研究过程中也发现了不少问题,一是在多次光刻后容易出现热疲劳现象而导致超分辨性能下降;二是采用贵金属(如铂、金和钯等)和多层结构(目前有的达到9层),制作工艺复杂、成本昂贵等. 本文提出了一种基于表面等离子体共振效应[4] 的近场光刻技术———探针诱导表面等离子体共振耦 合纳米光刻(PSPRN ).它采用K retschmann [5] 型激发 SPR 膜系结构,通过金属探针的局域场增强效应[6] 在记录层上实现纳米量级的近场光刻.根据近场光学理论,这种技术能够突破衍射极限,获得高记录光 第57卷第10期2008年10月100023290Π2008Π57(10)Π6643206 物　理　学　报 ACT A PHY SIC A SI NIC A V ol.57,N o.10,October ,2008 ν2008Chin.Phys.S oc.

等离子体表面处理技术

等离子体表面处理技术的原理及应用 前言：随着高科技产业的讯速发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高。 等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，更随着高科技产业的迅猛发展，各种工艺对使用产品的技术要求也越来越高。这种材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。正是这种广泛的应用领域和巨大的发展空间使等离子表面处理技术迅速在国外发达国家发展起来。 一、等离子体表面改性的原理 等离子，即物质的第四态，是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气状物质。它的能量范围比气态、液态、固态物质都高，存在具有一定能量分布的电子、离子和中性粒子，在与材料表面的撞击时会将自己的能量传递给材料表面的分子和原子，产生一系列物理和化学过程。其作用在物体表面可以实现物体的超洁净清洗、物体表面活化、蚀刻、精整以及等离子表面涂覆。 二、等离子体表面处理技术的应用 1、在工艺产业方面的应用 1）、在测量被处理材料的表面张力 表面张力测定是用来评估材料表面是否能够获得良好的油墨附着力或者粘接附着品质的重要手段。为了能够评估等离子处理是否有效的改善了表面状态，或者为了寻求最佳的等离子表面处理工艺参数，通常通过测量表面能的方式来测定表面，比如使用Plasmatreat 测试墨水。最主要的表面测定方式包括测试墨水，接触角测量以及动态测量 评价表面状态 低表面能, 低于28 mN/m良好的表面附着能力，高表面能 2）预处理–Openair? 等离子技术，对表面进行清洗、活化和涂层处理的高技术表面处理工艺 常压等离子处理是最有效的对表面进行清洗、活化和涂层的处理工艺之一，可以用于处理各种材料，包括塑料、金属或者玻璃等等。 使用Openair?等离子技术进行表面清洗，可以清除表面上的脱模剂和添加剂等，而其活化过程，则可以确保后续的粘接工艺和涂装工艺等的品质，对于涂层处理而言，则可以进一步改善复合物的表面特性。使用这种等离子技术，可以根据特定的工艺需求，高效地对材料进行表面预处理。

表面等离子体共振实验

表面等离子体共振实验 姚付强 2012326690046 应用物理学12（2）班 实验目的： 1. 了解全反射中消逝波的概念。 2. 观察表面等离子体共振现象，研究共振角随液体折射率的变化关系。 3. 进一步熟悉和了解分光计的调节和使用。 实验原理： 当光线从光密介质照射到光疏介质，在入射角大于某个特定的角度（临界角）时，会发生全反射现象。但在全反射条件下光的电场强度在界面处并不立即减小为零，而会渗入光疏介质中产生消逝波。若光疏介质很纯净，不存在对消逝波的吸收或散射，则全反射的光强并不会衰减。反之，若光疏介质中存在能与消逝波产生作用的物质时，全反射光的强度将会被衰减，这种现象称为衰减全反射。 如果在这两种介质界面之间存在几十纳米的金属薄膜，那么全反射时产生的消逝波的P 偏振分量将会进入金属薄膜，与金属薄膜中的自由电子相互作用，激发出沿金属薄膜表面传播的表面等离子体波。表面等离子体共振原理如图所示。 对于某一特定入射角，消逝波平行于金属(电介质)界面的分量与表面等离子体波的波矢（或频率）完全相等，两种电磁波模式会强烈地耦合，消逝波在金属膜中透过并在金属膜与待测物质界面处发生等离子体共振，导致这部分入射光的能量被表面等离子体波吸收，能量发生转移，反射光强度显著降低，这种现象被称为表面等离子体波共振。 当发生共振时，表面等离子体共振角与液体折射率的关系由以下公式表示 2 2 122 10Re Re )sin(n n n sp +=εεθ 其中 sp θ 为共振角， 0n 为棱镜折射率，2n 为待测液体折射率，1Re ε 为金属介电

常数的实部。 实验仪器 表面等离子体共振实验仪器装置如图所示。主要由分光计、激励光源、偏振片、硅 光电池、光功率计、半圆柱棱镜（内充液体介质）。 实验内容 1. 调整分光计 2. SPR传感器中心调整 3. 测量某一液体的共振角 数据处理 最大光强为126 光强126 121 115 107 97 92 91 83 86 87 88 89 93 1.0 0.96 0.91 0.85 0.77 0.73 0.72 0.66 0.68 0.69 0.70 0.71 0.74 相对光 强 63 65 66.5 68 69.5 71 72.5 73 73.5 74 75.5 77 78.5 入射角 （°）

表面等离子体激元简介

表面等离子体激元简介一．表面等离子体激元表面等离子体（Surface Plasmons）的出现提供了一种在纳米尺度下处理光的方式。表面等离子体通常可以分成两大类——局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance）和表面等离子体激元（Surface Plasmon Polaritons）。局域表面等离子体共振专指电磁波与尺寸远小于波长的金属纳米粒子中的自由电子的相互耦合，这种等离子体只有集体共振行为，不能传播，但可以向四周环境辐射电磁波。局域表面等离子体共振可以通过光直接照射产生。表面等离子体激元指的是在金属和电介质分界面上传播的一种元激发Excitations），这种元激发源自电磁波和金属表面自由电子集体共振的相互耦合。表面等离子体激元以指数衰减的形式束缚在垂直于传播的方向，由于它的传播波矢要大于光在自由空间中的波矢，电磁波被束缚在金属和电介质的分界面而不会向外辐射，也正是因为这种独特的波矢特性，表面等离子体激元的激发需要满足一定的波矢匹配条件。二．SPPs的激发和仿真方法由于SPSs的波矢量大于光波的波矢量，或者说SPPs的动量与入射光子的动量不匹配，所以不可能直接用光波激发出表面等离子体波。为了激励表面等离子体波，需要引入一些特殊的结构达到波矢匹配，常用的结构有以下几

种：（1）棱镜耦合：棱镜耦合的方式包括两种，一种是Kretschmannt方式；另一种是Otto方式。（2）采用波导结构（3）采用衍射光栅耦合（4）采用强聚焦光束（5）采用近场激发。目前主要的仿真方法有以下三种（1）时域有限差分法(finite difference time domain，FDTD)：FDTD方法是把Maxwell方程式在时间和空间领域上进行差分模拟，利用蛙跳式(leaf flog algorithm)空间领域内的电场和磁场进行交替计算，电磁场的变化通过时间领域上更新来模仿。优点是能够直接模拟场的分布，精度比较高，是目前使用较多的数值模拟方法之一。（2）严格耦合波法(rigorous coupled—wave analysis，RCWA)：该方法是分析光栅的有利工具，它是基于严格的矢量maxwell 方程来分析。由于在很多的表面等离子的结构中都会引入衍射光栅结构，所以RCWA方法也被越来越多的学者用来分析相关的问题，并且取得了不错的效果。（3）限元法(finite element method,FEM)：该方法是从变分原理出发，将定义域进行有限分割，离散成有限个单元集合。通过区域剖分和分偏差值，把二次泛函的极值问题化为普通多元二次函数的极值问题，后者等价于一组多元线性代数方程的求解。该方法分析的是一种近似结果，不过很多的问题能近似模拟，目前应用也比较广泛。三．SPPs的若干应

两个表面等离子体极化吸收的纳米光刻技术

Two-surface-plasmon-polariton-absorption based nanolithography Yunxiang Li, Fang Liu, Long Xiao, Kaiyu Cui, Xue Feng et al. Citation: Appl. Phys. Lett. 102, 063113 (2013); doi: 10.1063/1.4792591 View online: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/10.1063/1.4792591 View Table of Contents: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/resource/1/APPLAB/v102/i6 Published by the AIP Publishing LLC. Additional information on Appl. Phys. Lett. Journal Homepage: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/ Journal Information: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/about/about_the_journal Top downloads: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/features/most_downloaded Information for Authors: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/authors Downloaded 08 Sep 2013 to 202.206.246.42. This article is copyrighted as indicated in the abstract. Reuse of AIP content is subject to the terms at: https://www.wendangku.net/doc/4f4433770.html,/about/rights_and_permissions

等离子体表面改性技术的研究与发展.

等离子体表面改性技术的研究与发展 摘要本论文介绍了等离子体的相关概念，主要阐述了低温等离子技术在金属材料表面改性中的两种处理方法。并对等离子体电解沉积技术做了简要介绍，分析了该技术的应用前景及存在的问题。最后对等离子体表面改性技术的发展做出展望。 关键词等离子体；表面改性；等离子体电解沉积技术 Development of Plasma Surface Modification Technology Abstract ：The relate concept of plasma the means on application of cold plasma technology to surface modification of metal in this paper. This article also introduce Plasma electrolysis deposition technology, the problems and development directions of PED in the surface modification technology arc also presented. The prospects of plasma surface modification technology is also analyzed. Key words ：plasma，surface modification，plasma electrolytic deposition 0. 前言 金属零部件的磨耗量是增大能耗，增加零部件更换率和提高生产运用成本，降低生产效率的重大问题，因此如何提高零部件表面的耐磨性，实施表面改性处理是十分重要的课题。随着科学技术和现代工业的发展，各种工艺对使用产品的技术要求越来越高，对摩擦、磨损、腐蚀和光学性能优异的先进材料的需要日益增长，这导致了整个材料表面改性技术的发展与进步。其中等离子体表面改性技术发挥了重要作用。 等离子表面处理技术的出现，不仅改进了产品性能、提高了生产效率，同时开创了一门新的研究领域。这种材料表面处理技术是目前材料科学的前沿领域，利用它在一些表面性能差和价格便宜的基材表面形成合金层，取代昂贵的整体合金，节约贵金属和战略材料，从而大幅度降低成本。正是这种广泛的应用领域和

表面等离子体共振

表面等离子共振技术（Surface
张颖娱 综述
Plasmon Resonance SPR）
学号 10281036
生物物理系
摘要 : SPR 是一种物理光学现象，而且 SPR 对金属表面附近的折射率的变化极为敏感，利用这一性 质，将一束平面单色偏振光以一定角度入射到镀有薄层金膜的玻璃表面发生全反射时,若入射光的波向量与 金膜内表面电子的振荡频率匹配,光线即耦合入金膜引发电子共振,即表面等离子共振。以 SPR 原理设计的 生物传感器近来引起广泛的重视。 关键词 表面等离子共振 生物传感器 薄膜
1900 年,由 Wood 发现了光波通过光栅后,光频谱发生了小区域损失,这是关于 SPR 这一电磁场效应的最 早记载。1941 年,FanoU 发现这种“Wood 异常”是由于等离子波造成的。1958 年,Turbader 首先对金属薄膜 采用光的全反射激励的方法,观察表面等离子共振现象。 此后,至 60 年代 Otto 以及 1971 年 Kretschmann 分别 发表了里程碑性质的文章,激发了人们应用 SPR 于传感机制的热情,而 Kretschmann 结构也为 SPR 型传感器 奠定了基础。目前 SPR 被尝试用于测量各种物质的结构、特性及其的相互作用等。 1 SPR 生物传感器的基本原理： （如图 2 所示） 表面等离子振动是金属表面自由电子的一种集团运动,代表了一种表面带电的量子振动。在激励 SP 的 通常方法中,光入射在金属薄膜上,产生衰减场,衰减场的穿透深度 dp 为：
（1） 通常要求金属薄膜小于 60mm,达到衰减场中的 TM(横磁波)极化能量耦合并激发等离子态,耦合的数 量、 等离子体的强度受到了金属两侧材料的影响,如果在金属薄膜一侧加一层待测物质,试样与金属薄膜的耦 联影响了结构的折射率,从而影响了反射光、衰减以及等离子体共振。所以,可以把 SPR 型传感器看作等离 子体耦联效率的度量计。基原理如图 2 所示， 其中：
上述两个公式分别为沿表面传播的波矢量,其中:λ为入射光波长,εm 为金属介电常数 的实部,εd 为金属外介质的介电常数,np 为透镜的折射率,θ为入射光与表面法线的夹角。发生共振时,入射 光与法线的临界角为:
θ=arcsin[εmεd(εm+εd)εg]1/2
(4)
显然,共振角受到折射率(或介电常数)的影响,此时,金属膜外侧的衰减场为: