Китайские ученые значительно ускорили создание фотонных чипов с помощью ионно-лучевой литографии

Исследователи из Китая добились значительного прогресса в области производства фотонных чипов, ускорив процесс ионно-лучевой литографии в сотни раз. Это стало возможным благодаря разработанному ими методу, который позволяет сократить время обработки кремниевых пластин с нескольких часов до десятков секунд. Работа была проведена в Институте физики Китайской академии наук совместно с Гонконгским университетом и другими научными учреждениями, и результаты были опубликованы в журнале Advanced Materials.

Новая технология, получившая название «оригами, индуцированное ионным пучком», включает несколько этапов. Сначала на мембранах из нитрида кремния создаются плоские заготовки, покрытые золотым слоем. Затем на всю пластину одновременно воздействует широкий параллельный пучок ионов аргона, что приводит к образованию дефектов и напряжений в приповерхностном слое. Это позволяет заранее подготовленным элементам изгибаться и формироваться в трехмерные конструкции. В ходе экспериментов использовались двухслойные элементы толщиной около 50 нм, и значительное формирование массивов происходило всего за 20 секунд.

В традиционной ионно-лучевой литографии используются сфокусированные ионные пучки, которые обрабатывают структуры поочередно, что требует много времени. Например, обработка области размером около 100 × 100 мкм может занять не менее семи минут, а для крупных массивов это время значительно увеличивается. В отличие от этого, китайские ученые применили широкий пучок, который параллельно воздействует на все элементы на пластине, что позволило сократить время преобразования более чем в сто раз, независимо от количества одинаковых элементов.

Для подтверждения своей технологии исследователи создали два типа устройств. Один из них представляет собой трёхмерную хиральную метаповерхность, проявляющую круговой дихроизм 0,8 на длине волны 3,41 мкм, что позволяет эффективно различать левую и правую круговую поляризацию света. Второе устройство — изгибаемая плазмонная решётка, позволяющая изменять резонанс на более чем 150 нм в видимой области спектра. Эти структуры имеют потенциальное применение в поляризационных датчиках, спектральных фильтрах, оптических сетях связи и интегрированных фотонных схемах. В будущем исследователи планируют оценить промышленную применимость метода, включая изучение уровня брака, долговечности и себестоимости процессов.