激光会聚铬原子光栅三维特性分析

采用近共振激光驻波场会聚铬原子沉积技术制作的原子光栅可以作为纳米级长度计量标准.基于粒子光学模型,综合考虑横向发散角、纵向速度分布以及同位素等影响因素,采用蒙特-卡罗方法确定原子运动的初始条件,对激光驻波会聚原子的三维特性进行了研究.获得了不同激光功率下沉积条纹的三维结构,分析了纵向高斯激光分布和椭圆高斯激光截面对沉积...     

椭圆型激光驻波场作用下Cr原子的汇聚特性研究

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积技术是一种新型的研制纳米结构长度标准传递的方法.分析了Cr原子在椭圆型激光驻波场作用下的沉积特性，分别对不同椭圆激光驻波场功率下Cr原子的沉积条纹及不同y平面上沉积条纹特性进行了模拟和分析.同时针对椭圆激光驻波场作用下Cr原子发散角对沉积条纹特性的影响进行了模拟计算，比较了不同发散角条件下沉积条纹的对比度和半高宽. 关键词： 原子光刻 椭圆激光驻波场 Cr原子     

激光驻波场中钠原子沉积图样的理论研究

原子在近共振激光驻波场中受光的作用力汇聚沉积，形成以激光半波长为周期的光栅结构. 利用半经典模型对钠原子束在不饱和驻波场中的运动行为进行了理论研究，用数值方法模拟出在考虑横向温度、纵向速度和自由飞程后钠原子沉积的光栅结构，通过半高宽、对比度对最终沉积图样进行表征，分析了这些因素对沉积的影响，为正在开展的原子光刻实验提供了必要的理论依据. 关键词： 原子沉积 半经典模型 激光驻波场     

偏斜椭圆激光驻波场作用下中性原子沉积纳米光栅结构特性分析

分析了椭圆激光驻波场的偏斜对中性原子运动过程和沉积过程的影响,对不同偏斜角度椭圆激光驻波场作用下中性铬原子沉积纳米光栅结构的特性进行了仿真研究,由仿真结果可以看出,随着偏斜椭圆形激光束偏斜角的增加,对应于不同y平面,激光驻波场汇聚中性原子所形成纳米光栅条纹的对比度不断减小、半高宽不断增大.当椭圆长短轴之比为2:1条件下,椭圆激光驻波场的偏斜角为0°时,纳米光栅的条纹半高宽为3.2 nm,条纹对比度为36:1,而当偏斜角为15°时,激光驻波场中心位置处的沉积条纹的半高宽为6.5 nm,条纹对比度为24:1,而当椭圆激光驻波场偏斜角度达到30°时,沉积条纹的单峰结构将会产生分裂,形成了双峰结构,且随着偏斜角的增加,沉积条纹的分裂越严重,纳米光栅的沉积质量越差.对于其他长短轴比例条件下的激光场亦可根据比例关系获得相应的纳米光栅沉积特性. 关键词： 原子光刻 偏斜椭圆激光驻波场 纳米光栅     

直边衍射驻波场中铬原子三维沉积特性分析

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米级条纹沉积是一种新型的研制纳米结构长度标准传递方法。在会聚原子过程中,由于沉积基片的存在,激光驻波场内会产生直边衍射现象,从而影响原子的运动轨迹及沉积光栅。建立了直边衍射扰动下激光驻波场模型,通过四阶龙格-库塔法,对铬原子的三维运动轨迹及沉积效果进行仿真。考虑到激光功率与失谐量的影响,从半峰全宽(FWHM)和对比度入手,对铬原子运动轨迹及沉积条纹特性进行分析。结果表明,当激光功率为3.93mW,失谐量为200 MHz时,原子沉积光栅的FWHM为6.043nm,对比度为0.863,原子沉积光栅的质量最佳。与经典模型相比,该模型考虑了驻波场中直边衍射的影响,所得模拟结果更接近实际,对实验有理论指导意义。     

原子光刻中驻波场与基片距离的判定方法研究

原子光刻实验中, 激光驻波场能起到原子透镜的效果, 实现原子汇聚. 激光驻波场与沉积基片间的距离对形成纳米条纹结构的质量具有重要影响. 利用高斯光束传播规律, 提出了一种能够定量判断激光驻波场与沉积基片相对位置的实验方法. 该方法通过调节装载有凸透镜和反射镜的精密位移台改变驻波场距基片的距离, 利用光电探测器接收反射光强的变化, 将位移改变量转变为接收器的电压信号. 利用驻波场激光束光斑直径值, 实现准确定位驻波场与基片的距离. 对上述实验过程进行数值模拟, 数值计算的结果和实验结果高度符合. 该方法实现了准确定位驻波场距基片的距离, 为后续深入研究驻波场和基片间距离对沉积纳米条纹结构质量的影响提供实验基础.     

一种新颖的实现纳米条纹沉积方法研究

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米量级条纹沉积技术是一种新型的研制纳米结构长度传递标准的方法,采用了一种新颖的方法,通过预准直孔的设定,将原子束在空间分成三部分,利用中间部分的原子束和近共振激光驻波场相互作用,在激光驻波场辐射压力作用下使原子按照特定周期沉积在基板上,从而实现纳米条纹的制作.利用两侧部分的原子束与探测激光束相互作用,通过其感生荧光来监测中间部分原子束沉积过程中的准直效果,从而为原子的沉积过程提供实时的原子束特性监测.最后对纳米沉积条纹在经由三狭缝预准直结构作用前后的效果进行了三维仿真,结果表明,未采用该三狭缝预准直结构时,纳米沉积条纹的半高宽为32nm,对比度为8∶1,而采用该三狭缝预准直结构之后,纳米沉积条纹的半高宽为6.2nm,对比度为28∶1,大大提高了纳米沉积条纹的质量.     

激光驻波场形成Cr原子沉积纳米光栅的初步实验研究

利用激光驻波场会聚原子沉积纳米结构的技术可以用来研制纳米结构长度传递标准.当激光驻波场的频率大于原子的共振频率时，原子由于受到偶极力的作用将被会聚到驻波的波节处.采用了一种新的技术方案减小了实验对大的激光功率的要求.利用激光驻波场会聚准直性较好的Cr原子，并使其沉积在硅基片上形成纳米光栅结构.经原子力显微镜测试表明纳米光栅的周期为215 nm. 关键词： 激光偶极力 纳米计量 原子沉积 蓝失谐     

基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响

为了研究基片位置对激光会聚铬原子沉积的影响,基于原子的粒子运动,采用数值计算对基片切割会聚激光场不同部位时高斯激光驻波场光学势阱、原子运动轨迹和沉积条纹进行了仿真。研究结果充分显示了基片位置对上述三方面的影响。虽然基片会对激光产生衍射,但是无论衍射存在与否,沉积条纹半峰全宽的最小值和中心峰值的最大值都出现在基片表面和激光中轴线重合的位置。此时,衍射将使条纹中心峰值降为非衍射时的0.96倍,同时,半峰全宽增加至非衍射时的1.03倍。另外,仿真结果显示,不管是否考虑衍射,垂直于激光中轴线方向(y方向)上沉积条纹的中心峰值随y值的增加呈现单调减小的趋势,而条纹半峰全宽随y值的增加呈现单调递增的趋势。     

原子运动速度对激光驻波场作用下纳米光栅沉积特性的影响

利用近共振激光驻波场操纵中性原子实现纳米光栅的沉积是一种新型的研制纳米结构方法,处于激光驻波场中的原子运动速度特性对最终纳米光栅的沉积特性有着重要的影响.利用半经典理论,基于4阶Runge-Kutta算法进行了不同铬原子纵向和横向运动速度条件下纳米光栅结构沉积的仿真研究.研究表明,铬原子纵向速度为最大概率速度960 m/s时,所形成的纳米光栅的半高宽为1.49 nm,对比度为62.1 ∶1,当铬原子的纵向速度为半最大概率速度480 m/s时,纳米光栅的半高宽为5.35 nm,对比度下降为25.6 ∶1.同 关键词： 原子光刻 纳米计量 激光驻波场 纳米光栅结构     

中性钠原子在激光驻波场中的运动特性研究

基于半经典理论,分析了中性钠原子在激光驻波场中的受力特征,以此为基础分别对不同纵向运动速度和横向运动速度条件下中性钠原子的运动轨迹进行了仿真运算,得到了不同速度条件下中性钠原子的运动轨迹特征,基于累计算法进一步对不同速度条件下中性钠原子的沉积特性进行了仿真,当钠原子的纵向运动速度符合最可及速度(740 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为2.78 nm,条纹对比度为38.5 ∶1,当纵向运动速度偏离最可及速度(350 m/s)时,纳米沉积条纹的半高宽为29.1 nm,其对比度下降为15 ∶1.而当中性钠原子 关键词： 原子光刻 激光驻波场 条纹半高宽 条纹对比度     

沟道效应作用下中性原子在激光驻波场中的沉积特性研究

基于半经典理论,建立了中性原子与激光驻波场相互作用的模型,分析了中性原子在激光驻波场沟道效应作用下运动轨迹及沉积特性,探讨了球差、色差和原子束发散角对沉积条纹的影响. 得到了上述三种影响因素下纳米光栅的半高宽分别为0.532,12.16,96.70 nm. 仿真结果表明,随着原子束发散角度的增加,沉积条纹的对比度将会下降,当原子束发散角分别为0.1 mard时,其对比度为85.2：1,发散角为0.3 mrad时,条纹对比度为5.33：1,而当发散角增加至0.5 mrad以上时,沉积条纹将会出现分裂现象,导致条纹的恶化. 关键词： 激光驻波场 纳米光栅 沟道效应     

Analysis of Aberrations in Laser-Focused Nanofabrication

Based on the semi-classical model, we analyse the motion equation of chromium atoms in the laser standing wave field under the condition of low intensity light field using fourth-order Adams-Moulton algorithm. The trajectory of the atoms is obtained in the standing wave field by analytical simulation. The image distortion coming from aberrations is analysed and the effects on focal beam features are also discussed. Besides these influences, we also discuss the effects on contrast as well as the feature width of the atomic beam due to laser power and laser beam waist. The simulation results have shown that source imperfection, especially the transverse velocity spread, plays a critical role in broadening the feature width. Based on these analyse, we present some suggestions to minimize these influences.     

Simulation of Chromium Atom Deposition Pattern in a Gaussain Laser Standing Wave with Different Laser Power

One-dimensional deposition of a neutral chromium atomic beam focused by a near-resonant Gaussian standing- laser field is discussed by using a fourth-order Runge-Kutta type algorithm. The deposition pattern of neutral chromium atoms in a laser standing wave with different laser power is discussed and the simulation result shows that the full width at half maximum （FWHM） of a nanometer stripe is 115nm and the contrast is 2.5：1 with laser power 3.93mW; the FWHM is 0.8nm and the contrast is 27：1 with laser power 16mW, the optimal laser power; but with laser power increasing to 50mW, the nanometer structure forms multi-crests and the quality worsens quickly with increasing laser power.     

Broadening of Cr nanostructures in laser-focused atomic deposition

This paper presents the experimental progress of laser-focused Cr atomic deposition and the experimental condition.The result is an accurate array of lines with a periodicity of 212.8±0.2 nm and mean full-width at half maximum as approximately 95 nm.Surface growth in laser-focused Cr atomic deposition is modeled and studied by kinetic Monte Carlo simulation including two events:the one is that atom trajectories in laser standing wave are simulated with the semiclassical equations of motion to obtain the deposition position;the other is that adatom diffuses by considering two major diffusion processes,namely,terrace diffusion and step-edge descending.Comparing with experimental results(Anderson W R,Bradley C C,McClelland J J and Celotta R J 1999 Phys.Rev.A 59 2476),it finds that the simulated trend of dependence on feature width is in agreement with the power of standing wave,the other two simulated trends are the same in the initial stage.These results demonstrate that some surface diffusion processes play important role in feature width broadening.Numerical result also shows that high incoming beam flux of atoms deposited redounds to decrease the distance between adatoms which can diffuse to minimize the feature width and enhance the contrast.     

Influence of laser power on deposition of the chromium atomic beam in laser standing wave

One-dimensional deposition of collimated Cr atomic beam focused by a near-resonant Gaussian standing-laser field with wavelength of 425.55 nm is examined from particle-optics approach by using an adaptive step size, fourth-order Runge-Kutta type algorithm. The influence of laser power on deposition of atoms in laser standing wave is discussed and the simulative result shows that the FWHM of nanometer stripe is 102 nm and contrast is 2:1 with laser power equal to 3 mW, the FWHM is 1.2 nm and contrast is 32:1 with laser power equal to 16 mW, but with laser power increase, equal to 50 mW, the nonmeter structure forms the multi-crests and exacerbates. Supported by the Science Foundation of Guangxi Education Department (Grant No. 200807MS006)     

Observation of collimation and decollimation of an atomic beam in a misaligned standing wave

This paper reports an experimental study on the collimation and decollimation of an atomic beam in a misaligned standing wave, in which the effective detuning caused by the Doppler effect is affected by the longitudinal velocity of the atomic beam. The experiment shows that in a strong field with red detuning between laser field and atomic transition frequency, laser heating in a normal standing wave becomes laser cooling in a misaligned standing wave for an approriate misalignment angle. For blue detuning, laser cooling in a standing wave can also become laser heating in a misaligned standing wave for an appropriate condition. These results ca be used in controling atomic motion.     

一维原子刻蚀的数值模拟

通过直接的数值模拟，分析了原子束在激光驻波场下传播的动力学行为．估计了Cr原子沉积在基片上的焦点的大小，同时还发现一些实验参数会影响原子刻蚀的精度：如原子束的速度分布、激光的失谐量和激光束的直径等．