Difrakce na difrakční mřížce

1. Difrakce na difrakční mřížce modelování a optimalizace realizace reliéfních mřížek pomocí laserové litografie Autor: Daniela Černá Vedoucí práce: Ing. Marek Škereň, PhD. Konzultanti: Ing. David Najdek, Ing. Milan Květoň

2. Zadání bakalářské práce • Seznamte se s problematikou difrakce na tenké difrakční mřížce. Prostudujte základní přístupy k analýze difrakce. Proveďte rešerši v této oblasti. • Modelujte difrakční proces na tenké mřížce pomocí vybraných přístupů. Sestavte software pro simulaci difrakce na pravidelné mřížce. • Navrhněte a pomocí technologie dostupné na pracovišti KFE realizujte sérii vzorků reliéfních mřížek za účelem optimalizace reliéfu výsledné struktury ve fotorezistu. Zaměřte se na realizaci hlubokých struktur a asymetrických profilů. • Proveďte proměření realizovaných vzorků pomocí optické mikroskopie, AFM a analýzy difrakce laserového svazku. Srovnejte výsledky se simulací pomocí sestaveného software.

3. Úvod do problematiky • Teoretický úvod • Fourierovský přístup • Fraunhoferova difrakce • Teorie tenkých mřížek • Modelování difrakce na tenké mřížce • Ukázky simulací v MATLABU • Problémy numerického řešení • Realizace vzorků reliéfních mřížek • Závěr

4. Fourierovský přístup • Skalární teorie – rozměr apertury » vlnová délka • Difrakční úloha = proces přenosu • Lineární přenosové systémy, princip superpozice • signál na vstupu rozložíme na jednotlivé body (δ-funkce) • každý bod přeneseme zvlášť • na výstupu složíme odezvy na jednotlivé body • Impulzní odezva h = odezva systému na δ-funkci • Přenosová funkce

5. Fraunhoferova difrakce • Oblast, v rámci které lze všechny příspěvky z apertury považovat za rovinné vlny • V oblasti daleko od stínítka je difrakční pole úměrné Fourierově transformaci pole těsně za stínítkem • Rozměry difrakčního obrazu rostou se vzdáleností od apertury

6. Teorie tenkých mřížek • Nekonečně tenká, nekonečně rozlehlá mřížka • Metoda transmitanční funkce • Úhlové spektrum signálu • Amplitudová (absorpční) mřížka • Fázová mřížka - reliéfní mřížka • Úhlová poloha difrakčních řádů je dána mřížkovou rovnicí (tj. závisí pouze na periodě mřížky) • Difrakční účinnost je dána tvarem mřížky

7. Modelování difrakce na tenké mřížce • Teorie transmitanční funkce i pro „netenké“ reliéfní mřížky • Difrakce na aperturách různých tvarů • Difrakce na pravidelné mřížce • MATLAB • Numerický výpočet Fourierovy transformace • Fast Fourier Transform – diskrétní transformace

8. Modelování difrakce Kruhová apertura Difrakční obrazec

9. Modelování difrakce Čtvercová apertura Difrakční obrazec

10. Modelování difrakce Trojúhelníková apertura Difrakční obrazec

11. Modelování difrakce Difrakční obrazec Štěrbina

12. Modelování difrakce Difrakční obrazec Dvojštěrbina

13. Modelování difrakce - mřížka zvětšení δ-funkce

14. Modelování difrakce - problémy • Problém numerického řešení Difrakce na kruhové apertuře Logaritmické měřítko Difrakce na symetrické apertuře musí být symetrická !!!

15. Modelování difrakce - problémy • Poměr velikosti apertury a stínítka přesnější aproximace apertury horší rozlišení její Fourierovy transformace

16. Realizace vzorků reliéfních mřížek Laserová litografie • Nanesení 0,5-2μm vrstvy fotorezistu na sklo • Tvrzení • Expozice – interference 2 rovinných vln => změny makromolekulárních vazeb • Leptání • tloušťka vrstvy fotorezistu • doba tvrzení • doba expozice }optimalizace parametrů

17. Závěr • Seznámila jsem se s problematikou difrakce a základními přístupy k analýze difrakce na tenké mřížce • Provedla jsem simulaci difrakčních obrazců v případě apertur vybraných tvarů v programu MATLAB • Sledovala jsem měření na AFM mikroskopu  • Na optickém pracovišti KFE jsem absolvovala prohlídku laboratoře na výrobu reliéfních mřížek 

18. Děkuji za pozornost