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研究生: 王昶瀚
Wang, Chung-Han
論文名稱: 奈米球鏡微影術製作親手性超穎材料之研究
Fabrication of Chiral Metamaterials using Nanospherical-Lens Lithography
指導教授: 張允崇
Chang, Yun-Chorng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 123
中文關鍵詞: 奈米球鏡微影術奈米圓環MIM超穎材料
外文關鍵詞: Nanospherical-Lens Lithography, Nano-ring, MIM
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  •   在本論文中,主要利用奈米球鏡微影術來製作各種奈米結構,並且運用不同的製程技術,例如傾角旋轉曝光、傾角旋轉蒸鍍等等,配合奈米球微影術來製作金屬圓盤、C環或多層圓環之陣列結構。我們也運用新的技術移除蒸鍍後的金屬膜來回復光阻洞孔徑,使得我們可以製作出多層的圓環結構。此外,我們可以利用Free-Standing技術製作出各種金屬網狀膜運用於其他元件上,我們希望這些純熟的奈米結構製程技術在未來能夠尋找到更多的應用。
      奈米球鏡微影術是利用奈米球作為奈米級聚焦透鏡聚焦入射之紫外光來對光阻進行曝光,製作出的光阻洞陣列可以作為之後金屬蒸鍍的遮罩使用。[27]我們實驗室也致力於利用奈米球鏡微影術配合線性紫外光源來製作橢圓形及平面之親手性超影材料。[18]在此篇文獻中,我們也加入了各種技術,如傾角旋轉蒸鍍與曝光於製程中來製作不同的奈米結構,此外在文獻中開發了一些重要的製程技術來製作奈米結構。
     首先,奈米球鏡微影術使用對稱光源曝光,藉由旋轉斜向蒸鍍配合Free-Standing技術可以製作金屬網狀陣列結構之蒸鍍遮罩,若將此遮罩覆蓋於其它基板上正向蒸鍍金屬即可製作出奈米金屬圓盤陣列結構。此遮罩具有重複使用性,可省去以往奈米球鏡微影的方式直接利用遮罩蒸鍍,不僅製程簡化,基板的選擇性也更廣。此外Free-Standing技術可讓金屬網狀膜轉移至任何基板上,作為其他元件導電層運用。
      藉由旋轉斜向蒸鍍可以製作出單層的金屬圓環及C環陣列結構,若是改變蒸鍍方式,運用小角度墊片及多次的旋轉斜向蒸鍍,或是利用傾角曝光微影製程及單次旋轉斜向蒸鍍,可以製作出雙環錯位之金屬陣列結構。另外實驗中還利用多次的旋轉斜向蒸鍍製作MIM(Metal-Insulator- Metal)三層結構之金屬環。
      在非對稱光源方面,實驗中使用線性光源曝光,因此可以製作出橢圓形光阻洞,我們結合平移與旋轉的方式對單層奈米球做多次曝光,可以製作出長軸約200nm短軸約100nm之L型陣列結構,若是加上傾角曝光還可以製作出兩平行錯位之橢圓金屬陣列。
    綜合上述,奈米球鏡微影術配合不同的蒸鍍及曝光方式可以製備各種複雜的金屬奈米結構,不僅尺寸小,其製程所耗費的成本也不高,可以作為未來超穎材料之應用上有效的製程方式。

    In this dissertation, fabrications of various nanostructures are demonstrated using the modified Nanospherical-Lens Lithography (NLL). Various techniques, such as angled deposition, angled exposure, are incorporated with NL to fabricate metallic nano-ring, c-ring or multiple ring structures. We also develop technique to remove the deposited material around the nano-apertures so we can fabricate very thick multi-layer ring-patterns. In addition, we can also fabricate metal freestanding membrane that can be used in several other applications. In the future, we hope to find some suitable applications for these developed nanofabricate techniques.

    摘要 I 致謝 VIII 本文目錄 IX 圖目錄 XIII 表目錄 XVII 第1章 簡介 1 1-1 研究動機 1 1-2 奈米球自組裝 2 1-2-1 奈米球自組裝排列原理 2 1-2-2 奈米球自組裝排列裝置 4 1-3 奈米球微影術 5 1-3-1 奈米球微影術原理 5 1-3-2 奈米球微影術之結構及應用 8 1-4 奈米球鏡微影術 12 1-4-1 奈米球鏡微影術原理 12 1-4-2 奈米球鏡微影術之結構及應用 16 1-5 表面電漿原理 24 1-5-1 表面電漿共振原理 24 1-5-2 侷域性表面電漿共振 25 1-5-3 侷域性表面電漿共振之應用 28 第2章 實驗儀器 34 2-1 聚苯乙烯(Polystyrene)奈米球溶液 34 2-2 奈米球自組裝排列裝置 35 2-3 製程儀器 37 2-3-1 電漿蝕刻系統 37 2-3-2 高真空熱蒸鍍系統 38 2-3-3 汞氙燈曝光系統 39 2-3-4 FE手持式紫外燈 39 2-4 量測儀器 41 2-4-1 場發射掃描式電子顯微鏡 41 2-4-2 原子力顯微鏡 42 2-4-3 分光光譜儀 42 2-4-4 傅立葉轉換紅外光光譜儀(FTIR) 44 第3章 奈米球鏡微影術-對稱光源 45 3-1 奈米球鏡微影術 45 3-1-1 奈米球鏡微影製程與球鏡對稱光源聚焦模擬 45 3-1-2 奈米球鏡微影製程參數與奈米陣列結構關係 46 3-2 旋轉斜向蒸鍍製程 51 3-2-1 旋轉斜向蒸鍍製程架構 51 3-2-2 旋轉斜向蒸鍍製程與氧電漿蝕刻光阻圓洞陣列之應用 53 3-2-3 旋轉斜向蒸鍍製程-金屬圓盤陣列結構LSPR感測 55 3-2-4 旋轉斜向蒸鍍製程-金屬網Free-Standing mask應用 59 3-3 傾角曝光微影製程 63 3-3-1 傾角曝光微影製程架構 63 3-3-2 傾角曝光微影製程-金屬圓盤陣列之應用 64 3-4 奈米金屬環陣列結構之應用 68 3-4-1 奈米金屬環陣列結構製程 68 3-4-2 奈米金屬環陣列結構LSPR感測 70 3-5 奈米錯位金屬環陣列結構製程 76 3-5-1 旋轉斜向蒸鍍及小角度墊片製作奈米錯位金屬圓環 76 3-5-2 旋轉斜向蒸鍍及傾角曝光微影製作奈米錯位金屬圓環 84 3-6 MIM金屬圓環陣列結構之應用 92 第4章 奈米球鏡微影術-非對稱光源 102 4-1 奈米球鏡微影術 102 4-1-1 奈米球鏡微影製程與球鏡非對稱光源聚焦模擬 102 4-1-2 微影製程參數與橢圓光阻洞陣列之關係 103 4-2 非對稱光源多次曝光之應用 105 4-2-1 L型金屬陣列結構之LSPR 頻譜 105 4-2-2 非對稱光源傾角多次曝光-錯位型橢圓陣列結構 109 第5章 結論與未來展望 114 5-1 結論 114 5-1-1 奈米球鏡微影術-對稱光源 114 5-1-2 奈米球鏡微影術-非對稱光源 116 5-2 未來展望 118 參考文獻 120

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