Двухфотонная лазерна літографія (ДЛЛ) - одне з магістральних напрямків в області розвитку адитивних технологій, що використовуються для створення полімерних мікро- і нанооб'єктів. Її безумовний плюс - можливість створення структур практично будь тривимірної конфігурації, які можна використовувати при створенні фотонних кристалів, волноводов, різних механічних пристроїв, а також в пристроях обробки і зберігання інформації.
Однак, незважаючи на прекрасні можливості, що надаються цією технологією, вона містить і суттєві обмеження. Вибір матеріалів при використанні ДЛЛ обмежений фоторезистом - полімерними світлочутливими матеріалами. Через прозорості полімерів у видимому діапазоні, відсутність електропровідності, посередніх механічних властивостей, а також низькою тепло- і радіаційної стабільності практичне застосування конструкцій, створених за допомогою ДЛЛ, залишається обмеженим. Подолати деякі з існуючих обмежень можна за допомогою постобробки ДЛЛ-структур.
Одним з перспективних способів обробки поста називають піроліз, який одночасно забезпечує як підвищення роздільної здатності, так і введення нових функціональних можливостей. Зокрема, піролізірованние матеріали продемонстрували високу термічну і радіаційну стабільність поряд з підвищеною механічною міцністю. ДЛЛ з подальшим піролізом вже зараз успішно застосовується для отримання вуглецевих наноелектродов для нейромедиаторного зондування, спеціальних наконечників для атомно-силової мікроскопії, фотонних кристалів у видимому діапазоні і надміцних механічних метаматеріалів.
Піроліз також покращує роздільну здатність методу ДЛЛ, так як структури, які зазнали піролізу, показали значну усадку в порівнянні з початковим розміром. Але усадка піролізованних структур посилює проблему адгезії структури до підкладки, що виникає вже на етапі ДЛЛ. Зазначені проблеми мають важливе практичне значення, проте поки вичерпних досліджень з цих питань не було. Тим часом, правильна оцінка зменшення розмірів елементів і в цілому всебічна оцінка впливу піролізу на ДЛЛ-структури вкрай необхідні в тому випадку, якщо стоїть завдання отримати мікропристрою з високою точністю.
Верхній ряд: лінза IP-Dip (а) до піролізу і (б) після піролізу при 450 градусів C. Середній ряд: лінза OrmoComp (c) до піролізу і після піролізу в (d) 450 градусів C і (e) 690 градусів C . Нижній ряд: лінза SZ2080 (f) до піролізу і (f) після піролізу при 690 градусів C / © www.osapublishing.org
Вчені сектора нанофотоніки Центру квантових технологій МДУ поставили перед собою завдання провести порівняльне дослідження впливу піролізу на тверді об'єкти розміром в десятки мікрометрів, надруковані за допомогою технології ДЛЛ з трьох комерційно доступних фоторезистов: повністю органічний IP-Dip і органо-неорганічні OrmoComp і SZ2080. Для температур відпалу 450 і 690 градусів Цельсія в атмосфері аргону були оцінені зміни розмірів, хімічного складу і адгезії до підкладки кремнієвої пластини.
У роботі, опублікованій в журналі Optical Material Express, вчені ЦКТ підтвердили, що усадка структури визначається типом фоторезиста, а також температурою піролізу, атмосферою і геометрією структури. Беручи до уваги поведінку конкретного фоторезиста після обробки поста за допомогою піролізу, можна домогтися оптимальних результатів, в повній мірі відповідають поставленим конкретним завданням, і створювати зносостійкі і надійні мікро- і наноструктури довільної форми і майже будь-якого призначення.
Порівняння показало, що більш висока температура призводить до більш сильної усадки. Структури з IP-Dip після відпалу перетворюються в стеклоуглеродние, в той час як містять неорганічні речовини фоторезисти OrmoComp і SZ2080 при відпалі модифікуються в скло. Структури з Ip-Dip також демонструють найбільшу усадку з обраних фоторезистов. Таким чином, ДЛЛ з подальшим піролізом фоторезиста Ip-Dip можна використовувати для створення провідних стеклоуглеродних структур.
OrmoComp знадобиться для створення впорядкованих масивів оптичних елементів, які можуть затребувані на джерелах рентгенівського випромінювання. У свою чергу структури з фоторезиста SZ2080 при піролізі часто від'єднуються від підкладки, що зручно для виготовлення одиночних структур, які потім потрібно перемістити в інше середовище. Отримані дані можуть бути в подальшому використані при використанні технології піролізу в якості стандартного методу постобработки структур, створених за технологією ДЛЛ, і послужать активному розвитку цього виду постобработки, відзначають вчені.
Джерело: Naked Science