用于微/纳米尺度三维制造的双光子光刻: 综述（1） _卫星

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长三角G60激光联盟导读
据悉，本文概述了TPL的工作原理、实验装置和材料。介绍了分辨率的影响，重点介绍了提高结构最终分辨率所采用的技术。本文为第一部分。
摘要
随着20世纪90年代初飞秒激光的出现，超快激光加工已被证明是微/纳米加工必不可少的工具。双光子光刻（TPL）是一种独特的微加工技术，利用聚合速率对辐照光强度的非线性依赖性来产生真实的三维结构，其特征尺寸超过衍射极限。这一特性彻底改变了用于制造微纳米结构的激光材料加工。本文概述了TPL的工作原理、实验装置和材料。然后，介绍了分辨率的影响，重点介绍了提高结构最终分辨率所采用的技术。提供了提高吞吐量和制造速度的见解，为该技术的工业化铺平道路。最后，全面回顾和介绍了以超材料为重点的结构微制造的TPL 。

图形摘要
1.介绍
利用光作为固化起始源的感光材料的光刻和聚合是一个成熟的科学和技术研究领域，其驱动因素是对较小特征和复杂结构的需求不断增加。激光已被证明是在小长度尺度上制造复杂结构的强大工具。 20世纪90年代初首次观察到的飞秒激光与物质的相互作用与长脉冲或连续波激光与物质之间的相互作用有着显著的不同。当材料暴露于飞秒激光束时，功率密度非常高，激光与物质的相互作用时间非常短，导致光子能量快速转移。这种高瞬态光子注量密度引起了若干非线性效应，导致亚衍射特征尺寸。这种超快激光器的快速发展为基于激光的制造和许多其他应用系统的工业化铺平了道路。
纳米级增材制造（AM）是指在至少一个维度上制造包含小于1μm几何特征的3D结构。有许多制造方法可用于制造纳米物体，但只有少数适合上述区域的AM 。浸笔纳米光刻（DPN）、电子束光刻（EBL）、直接激光写入（DLW）和电流体动力喷射印刷（EHD）是获得高分辨率制造结构的一些有前途的技术。

显示了STEM光刻技术的图案化能力。
在众多基于激光的技术中，双光子光刻（TPL）或也称为双光子聚合（TPP）最适合于构建定义明确的三维微/纳米结构，因为它为构建具有超越衍射极限的无与伦比的高空间分辨率的结构打开了大门。此外，通过使用强度略高于聚合阈值的激光束，可以获得局部聚合和亚衍射极限特征尺寸。它的独特之处在于它能够构建真正的三维独立结构。
标准光刻技术是基于光敏介质中的单光子吸收技术，广泛应用于二维结构的制作。双光子光刻术（TPL）是一种研磨和非线性工艺，用于制造复杂的3D微纳米结构，其中光刻胶响应于强度的平方并提供增强的分辨率。与经典的立体光刻（SLA）和选择性激光烧结（SLS）相比， TPL提供了更高的分辨率，并且消除了SLA和SLS中使用的刮片的逐层制造和重涂过程。 TPL的一个关键方面是其产生小于激光束投影点的特征的能力。 TPL运行所依赖的基本现象是双光子吸收（TPA）。光聚合是指利用光作为能源，通过聚合反应诱导液态小不饱和分子转化为固态大分子的过程。

10nm厚的SiNx膜（蓝色）和10nm厚SiNx（红色）顶部的20nm厚HSQ的电子能量损失谱。通过将电子计数除以其最大值来归一化光谱。这两个光谱之间的差异表示HSQ中的能量损失，并显示在顶部（绿色，为清晰起见乘以10），表示～42%的总能量损失。

用于微/纳米尺度三维制造的双光子光刻: 综述（1）

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