Пример презентации ВКР - Кафедра фотоники и

Report
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ
ЗАКОНОМЕРНОСТИ, МЕТОДЫ И
ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ
ОБЪЕМНЫХ МИКРОСТРУКТУР В
ФОТОПОЛИМЕРНЫХ
НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
Булгакова В.Г. гр. 4350
кафедра ФиОИ
Научный руководитель
канд. техн. наук Ворзобова Н.Д.
кафедра ОКРС
1
ГЛУБОКАЯ ЛИТОГРАФИЯ
Существует достаточно много методов литографии, но не многие позволяют
получать структуры с высоким форматным отношением. В настоящее время чаще
применяются методы, основанные на использовании излучения с малой
расходимостью пучка - рентгеновское излучение, жесткий ультрафиолет и
электронные пучки.
Профили пучков трех типов
излучения при распространении в
веществе:
E, электронный пучок;
P, высокоэнергетический
фотонный пучок;
X, рентгеновское излучение.
Примеры структур, получаемых
методами глубокой литографии.
2
F. Munnik, F. Benninger // Microelectronic Engineering 67–68 (2003) 96–103
ПРИМЕРЫ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОСТРУКТУР,
ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ЛИТОГРАФИИ
(X-ray deep lithography)
структуры: 4мкм ширина
и 120 мкм высота
структуры: 9 мкм диаметр и
480 мкм высота
3
САМООРГАНИЗАЦИЯ
СВЕТООТВЕРЖДАЕМОГО МАТЕРИАЛА
Самофокусировка света в фотополимере,
обладающем положительным знаком
изменения показателя преломления
определяет формирование структуры с
вертикальными поверхностями.
На фотографии внизу представлена
сформированная структура.
На схеме представлен результат
фотополимеризации фоторезиста
(слева) и нашего фотополимера
(справа – формируется
вертикальная структура)
Цель работы – исследование зависимости размеров элементов,
формируемых в данном процессе от условий экспонирования.
Процессы, исследованные в данной работе основаны на самоорганизации фотоотверждаемого
материала, исследованного в работах:
1. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, М.И. Фокина, Н.Д. Ворзобова, В.Г. Булгакова // Оптический
журнал т. 75, № 10, 2008, стр. 59-65.
2. Denisyuk I.Yu., Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E., Bulgakova V.G. // Mol. Cryst. Liq.
Cryst., Vol. 497, pp. 228–235, 2008.
4
УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Экспериментальная установка, экспонирование 365 нм.
3
2
1
365нм
7
4
6
5
Схема установки фотополимеризации.
1 - ртутная лампа, 2 – конденсор, 3 зеркало,4-светоотверждаемый материал,
6 - подложка, 7 - прокладки.
Изменяемые параметры:
Вид амплитудной маски
(исходный рисунок)
ширины линий (25-100 мкм), расстояние между
линиями (12-400 мкм), оптическая плотность фотошаблона (0.5-2.5),толщина слоя
5
(30-300мкм), длительность экспозиции (10-40 сек)
Используемые вещества
Состав: Bis – 66 %, Carb – 30%, ZnO – 4 %.
1. Bis – Бисфенол – А – глицеролат., ZnO - наночастицы
2. Carb-Карбоксиэтилакрилат
3. Диметоксифенилацетофенон (инициатор фотополимеризации)
6
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА МИКРОСТРУКТУР В ВЫСОТУ
Зависимость высоты структуры от расстояния между
элементами и плотности шаблона
Плотности шаблонов: 1,2 (1) и 2,5 (2).
Толщина слоя: 100 мкм. Длительность экспозиции: 30 с.
Зависимость высоты структуры от длительности
экспозиции
Ширина линий в амплитудной маске: 100 мкм (1, 2, 3),
75 мкм (4, 5, 6), 50 мкм (7, 8). 9, 10, 11 – рост полимерного
слоя. Толщина слоя: 30 мкм (1, 4, 7,9), 100 мкм (2, 5, 8, 10),
300 мкм (3, 6, 11).
Исследование зависимости высоты
элементов
микроструктур
от
экспозиции показало, что уже на
начальном этапе роста структуры
формируется 50-70% конечной
высоты микроструктуры.
7
ЗАВИСИМОСТИ РОСТА МИКРОСТРУКТУР В ШИРИНУ
увеличение длительности
экспозиции
увеличение расстояния
между элементами
Микрофотографии структур
Зависимость ширины элемента микроструктуры от
длительности экспозиции
Плотности шаблонов: 2,5 (1, 2, 3,4) и 1,2 (5, 6, 7, 8)
Ширина линий: 100 мкм (1,2,5,6) и 75 мкм
(3,4,7,8)Соотношение расстояние/ ширина: 4 (2, 4, 6, 8) и
0,5 (1, 3, 5, 7).
Ширина элементов увеличивается при
уменьшении расстояния между линиями и
уменьшении плотности шаблона.
Кинетика роста микроструктуры
8
ЗАВИСИМОСТИ РОСТА МИКРОСТРУКТУР В ШИРИНУ
Уменьшение ширины элемента наряду с
увеличением высоты позволяет увеличить
форматное
отношение
и
уменьшить
характеристический размер.
Зависимость ширины элемента микроструктуры от толщины слоя
Толщина слоя: 30 мкм (1, 2), 100 мкм (3, 4), 300 мкм (5, 6). Соотношение
расстояние/ширина: 4 (2, 4, 6) и 0,5 (1, 3, 5). Плотность шаблона: 2,5.
9
СЛИЯНИЕ БЛИЗКО РАСПОЛОЖЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
МИКРОСТРУКТУР
увеличение
длительности
экспозиции
увеличение расстояния
между элементами
Микрофотографии структур
Зависимость высоты полимерного слоя и элементов
микроструктур от расстояния между элементами.
Плотности шаблонов: 2,5 (3) и 1,2 (1,2). Длительности
экспозиции: 20 с (1, 3) и 40 с (2). Толщина слоя :100мкм.
Ширина линии 100 мкм.
Уменьшение расстояния между элементами
приводит к слиянию элементов
10
ЗАВИСИМОСТЬ НАИМЕНЬШЕГО РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ
ЭЛЕМЕНТАМИ ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПОЗИЦИИ И ПЛОТНОСТИ
ШАБЛОНА
Отношение
наименьшего
расстояния
между
элементами к ширине линии
постоянно
для
заданной
экспозиции и уменьшается с
уменьшением
экспозиции.
При
уменьшении
длительности
экспозиции
можно
уменьшить
как
характеристические размеры
элементов, так расстояния
между ними.
Плотности шаблонов: 1,2 (1, 2, 3) и 2,5 (4, 5, 6). Ширины линий: 100
мкм (1, 4), 75 мкм (2, 5) и 50 мкм (3, 6). Толщина слоя 100 мкм.
11
ПРИМЕРЫ ПОЛУЧЕННЫХ
МИКРОСТРУКТУР
Брэгговская структура для
террагерцового спектрометра
Полимерная структура,
для роста кристалла
DAST
Защитный элемент
Микрофотографии с одинаковым
сечением по высоте и ступенчатой
структур
12
ВЫВОДЫ


Показано, что элементы вначале образуются по центру
экспонирующего пучка света и затем при увеличении экспозиции
их ширина увеличивается. При этом боковые поверхности
вертикальны в течении всего процесса.
Установлена зависимость высоты образующихся между парами
микроэлементов паразитных мостиков от величины экспозиции и
расстояния между ними при приближении микроэлементов друг
к другу

Показано, что при увеличении расстояния между элементами
микроструктур уменьшается их поперечный размер

Определены минимальные расстояния между элементами, что
важно для создания элементной базы в области биотехнологий.
13
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ




Булгакова В.Г., Бурункова Ю.Э., Ворзобова Н.Д. Особенности
формирования микроструктур с высоким форматным
отношением при фотоотверждении полимера // Научнотехнический Вестник СПб ГУИТМО. — 2008. — Вып. 52. — С.3237.
Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Закономерности, методы и
технологии формирования объемных микроструктур в
фотополимерных нанокомпозиционных материалах // Научнотехнический Вестник СПб ГУ ИТМО (сдана в редакцию). —2009.
Denisyuk I.Yu., Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E.,
Bulgakova V.G. Microelements with high aspect ratio prepared by
self-focusing of the light at UV-curing// Molecular Crystals and
Liquid Crystals. —2008. — V.497. — P.560-567.
Денисюк И.Ю., Бурункова Ю.Э., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д.,
Булгакова В.Г. Формирование микроструктур с высоким
форматным отношением в результате самофокусировки света в
14
фотополимерном нанокомпозите // Оптический журнал. — 2008.
— Вып. 75. —№ 10. — С.59—65.
КОНФЕРЕНЦИИ








Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Формирование микроэлементов и микроструктур в УФотверждаемом нанокомпозите, V международная конференция молодых ученых и специалистов
«Оптика- 2007», 15-19 октября, 2007, Санкт-Петербург, Россия.
Денисюк И.Ю., Бурункова Ю.Э., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д., Булгакова В.Г. Формирование
микроструктур с высоким форматным отношением в результате самофокусировки света в
фотополимерном нанокомпозите, XXXVII научная и учебно-методическая конференция СПбГУ
ИТМО, 29 января -1 февраля, 2008, Санкт-Петербург, Россия.
Булгакова В.Г., Бурункова Ю.Э., Ворзобова Н.Д. Особенности формирования микроструктур с
высоким форматным отношением при фотоотверждении полимера, V Всероссийская межвузовская
конференция молодых ученых, 15-18 апреля, 2008, Санкт-Петербург, Россия.
Денисюк И.Ю., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д., Бурункова Ю.Э., Булгакова В.Г. Получение
микроэлементов с высоким форматным отношением при самофокусировке УФ света(Denisyuk I.Yu.,
Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E., Bulgakova V.G Microelements with high aspect ratio
prepared by self-focusing of the light at UV-curing.), VII Международная конференция «Электронные
процессы в органических материалах», 26-30 мая, 2008 , Львов, Украина.
Булгакова В.Г. Особенности формирования полимерных микроструктур в УФ-отверждаемом
нанокомпозите, Научная молодежная школа «Оптика-2008» , 20-25 октября, 2008, Санкт-Петербург,
Россия.
Ворзобова Н.Д., Булгакова В.Г. Размерные эффекты при формировании полимерных микроструктур
в светоотверждаемом нанокомпозите, Международная конференция «Прикладная оптика- 2008» ,
20-25 октября, 2008, Санкт-Петербург, Россия.
Булгакова В.Г. Закономерности, методы и технологии формирования объемных микроструктур в
фотополимерных нанокомпозиционных материалах, VI Всероссийская межвузовская конференция
15
молодых ученых, 14-17 апреля, 2009, Санкт- Петербург, Россия.
Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Исследование закономерностей роста микроструктурных элементов
при фотополимеризации нанокомпозиционных материалов, школа-семинар «Актуальные проблемы
физики и технологий», 22 апреля, 2009, Санкт-Петербург, Россия.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
16

similar documents