Наноустройства с высоким пространственным разрешением представляют огромную важность для высокоскоростной электроники, высокоплотной памяти, эффективных солнечных батарей, оптоэлектроники, химических сенсоров и прочих «технологий будущего». Применимость существующих методов классической оптической литографии ограничена из-за дифракции, а состояние технологии электронно-лучевой литографии или литографии сфокусированным пучком ионов также не позволяет обеспечивать массовое производство объектов с разрешением в несколько нанометров. Однако эти ограничения могут быть удивительным образом преодолены, за счет использования наложения двух теневых картин.
Описываемая инновационная технология наложения теневых картин (SOIL) заключается в последовательном осуществлении двух противоположных процессов: напыления материала и его стравливания. Над поверхностью подложки закрепляются те или иные ранее изготовленные относительно простые наноструктуры. Они будут работать в качестве препятствий или трафаретов. Затем подложка, уже покрытая ими начинает обрабатываться одновременно потоком наносимых атомов металла и ионным или электронным пучком для стравливания получаемого покрытия. Но эти два пучка направляются под разными углами к подложке, поэтому свето-теневые картины, возникающие при их взаимодействии с трафаретами различны. Скорости и длительности процессов подобраны таким образом, что в местах, куда попадают оба луча, наращиваемый слой металла успевает полностью стравиться. Поэтому по окончании процесса подложка оказывается запыленной только в тех областях, куда одновременно попадал напыляющий пучок и не доставал стравливающий.
Благодаря возможности выбора двух углов (к нормали и в плоскости подложки) для двух пучков (напыляющего и удаляющего), а также выбора трафаретов метод позволяет получать огромное разнообразие наноструктур с очень высоким разрешением. Кроме того, эта технология сравнительно недорога и пригодна для массового производства одинаковых устройств.
В данной работе за трафареты были взяты наносферы полистирола, так как уже разработаны методы их получения с небольшим распределением по размерам и равномерного распределения по поверхности. В качестве подложки было взято стекло. Сначала наносферы были вплотную друг к другу нанесены монослоем на подложку, затем травлением кислородной плазмой их размер был уменьшен на 15% (с 475 до 405 нм). Затем было нанесено 20 нм золота под углами к нормали в 10, 20, 30 и 40 градусов. После чего система подверглась травлению перпендикулярным поверхности ионным пучком. Также проводились опыты по проведению еще одного цикла с выбором другого направления в плоскости подложки. Естественно в каждом из этих случаев форма получаемых наноструктур отличалась. Кроме того, проводились опыты по изменению угла травления (0, 10, 20 и 30 градусов) при фиксированном угле напыления в 35°. Формы получаемых наноструктур в каждом из этих случав приведены на рисунке 2.
После получения образцы были изучены в поляризованном свете. Результаты измерений представлены на рисунке 3. Для образцов, полученных при разных углах нанесения, были построены кривые зависимости степени резонанса (отношения выходной амплитуды напряженности электрического поля к входной) от длины волны поглощенного света для двух взаимно перпендикулярных направлений (тоже указаны на рисунке). Для удобства изображены и формы самих образцов.
