采用电子束光刻技术制备出了深刻蚀的GaAs基微纳光栅。针对电子束曝光过程中存在的由邻近效应引起的光栅结构图形失真和变形的问题，本课题组采用厚度较薄的PMMA A4抗蚀剂和SiO₂薄膜形成多层抗蚀剂来减小邻近效应，同时将SiO₂薄膜作为硬掩模，实现了高深宽比的光栅结构。此外，针对电感耦合等离子体刻蚀过程中光栅结构出现长草的现象，通过增强电感耦合等离子体的物理刻蚀机制，有效消除了结构底部的草状结构。扫描电镜测试结果显示：将100 nm厚SiO₂作为硬掩模，可以实现周期为1.00 μm、占空比为0.45、刻蚀深度为1.02 μm的光栅结构，该光栅结构具有陡直的侧壁形貌以及良好的周期性和均匀性。在该工艺条件下，电感耦合等离子体刻蚀工艺对SiO₂掩模的刻蚀选择比可达26.9∶1。最后，将该结构应用于分布式布拉格反射锥形半导体激光器中，获得了线宽为40 pm的激光输出。这表明，采用电子束光刻技术制备的光栅结构对半导体激光器具有很好的选模特性。

设计并制作了非对称大光腔波导结构,利用分布布拉格反射技术,实现了980 nm 波段高功率半导体激光器的稳定输出。在实验过程中,采用电子束光刻技术,结合感应耦合等离子刻蚀工艺,利用SiO₂作为硬掩模,并通过减小Ar离子的束流来减弱刻蚀过程中由于物理轰击作用对SiO₂硬掩模的消耗,制作出形貌良好、周期为890 nm、占空比为50%的分布布拉格反射器光栅;采用脊型波导激光器的制作工艺,成功制作出分布布拉格反射激光器,当器件注入电流15 A时,该激光器的输出功率高达10.7 W,斜率效率为0.73 W/A,器件阈值电流为0.95 A,中心波长为979.3 nm。该研究为GaAs基DBR半导体激光器的制作与研究提供了新思路。

在激光等离子体诊断等领域中,以平焦场光栅为核心器件的软X射线光谱仪发挥着重要作用。利用电子束光刻-近场全息法制作的平焦场光栅兼具电子束光刻线密度变化灵活,以及全息光栅低杂散光、抑制高次谐波等的特点。采用光线追迹方法分析电子束光刻-近场全息法制作平焦场光栅的主要制作误差对其光谱成像特性的影响。结果表明:电子束光刻制备熔石英掩模和近场全息图形转移过程的制作误差均会导致谱线展宽;以目前应用较多的软X射线平焦场光栅(中心线密度为2400 line/mm、工作波段在0.8~6.0 nm)为例,当熔石英掩模在光栅矢量方向的长度为50 mm时,电子束光刻分区数目应保证在1500以上;熔石英掩模线密度偏差引入的谱线展宽可以通过调整近场全息制作参数来消除;确定了近场全息中的两个主要影响因素--熔石英掩模与光栅基底的间距和夹角;近场全息中各误差因素之间有相互补偿的效果,故除了尽可能消除制备过程中的每一种制作误差外,也可以通过优化不同误差之间的分配来降低制备误差。本研究对优化电子束直写掩模策略、降低掩模制作难度、设计和调整近场全息光路有重要帮助。

为得到同步辐射光源硬X射线波段(>2 keV)需要的高宽比高分辨率波带片，本文利用高加速电压(100 kV)电子束光刻配合Si3N4镂空薄膜直写来减少背散射的方法，对硬X射线波带片制作技术进行了蒙特卡洛模拟和电子束光刻实验。模拟结果显示: Si3N4镂空薄膜衬底可以有效降低电子在抗蚀剂中传播时的背散射，进而改善高密度大高宽比容易引起的结构倒塌和粘连问题。通过调整电子束的曝光剂量，在500 nm厚的镂空Si3N4薄膜衬底上制备出最外环宽度为150 nm、金吸收体的厚度为1.6 μm，高宽比大于10的硬X射线波带片。同时，引入随机支撑点结构，实现了波带片结构自支撑，提高了大高宽比波带片的稳定性。将利用该工艺制作的波带片在北京同步辐射装置X射线成像4W1A束线8 keV能量下进行了聚焦测试，得到清晰的聚焦结果。

综述了国内外在纳米加工X射线衍射光学透镜方面的研究现状和最新进展。介绍了作者团队过去三年在这方面做的工作。针对衍射透镜关键技术，研发了具有大高宽比形貌的电子束光刻基础工艺; 结合金电镀，提出了纳米尺度波带片的制造技术，并将该工艺成功扩展于分辨率板(Siemens star)和集成光栅型会聚透镜的研制。运用蒙特卡罗模拟和显影动力学，探索了电子束光刻技术所能够实现的最大高宽比以及造成这种限制的物理根源; 成功研制了50~100 nm的波带片透镜(其中，100 nm波带片高宽比为16∶1)、50~300 nm的分辨率测试板(其中，300 nm测试板高宽比为10∶1)和200 nm的会聚透镜(高宽比为10∶1)。对所研制的光学部件在同步辐射光源进行了实验表征。结果表明，100 nm波带片聚焦斑尺寸为234 nm，测试板和会聚透镜的光学特性与国外同样光学部件到达同等水平; 会聚透镜辐照的均匀性为99%。最后，总结了近几年我国X射线衍射透镜的发展进度，指出了衍射光学部件光学性能发展的最大瓶颈是分辨率与衍射效率相互制约，提出了提高光学部件衍射效率的具体途径，给出了我国X射线衍射透镜技术的未来发展路线图。

碳纳米管因具有良好的物理机械性能而得到广泛的研究,其最重要的应用之一是构建场效应晶体管(FET).文章提出并研究了一种非对称接触的单壁碳纳米管场效应晶体管(SWNT-FET),并对其电学特性进行了表征.在该器件中,SWNT被作为FET的沟道,两种不同功函数的金属被用来与SWNT形成肖特基接触;SWNT一端与低功函数金属Al形成源极,另一端与高功函数金属Pd形成漏极.该类器件可应用于下一代纳米集成电路中.

针对显影工艺中水的表面张力导致的高高宽比抗蚀剂图形的坍塌及黏连, 提出了一种基于微波加热的干燥技术来有效改善纳米抗蚀剂图形的干燥效果。该方法利用微波穿透光刻胶结构直接加热光刻胶图形间隙中残存的去离子水, 水分子吸收微波的光子能量迅速蒸发, 从而有效地抑制光刻胶图形的坍塌与黏连现象。利用提出的基于微波加热的干燥方法, 成功获取了高260 nm、宽16 nm的光刻胶线条组和直径为20 nm的光刻胶柱形阵列, 其中高高宽比线条组和由15 625根柱子组成的柱形阵列结构没有出现坍塌及黏连情况, 验证了在微波产生的交变电场作用下, 可以减小水分子团簇, 降低水的表面张力。

针对惯性约束性聚变(ICF)实验中高分辨靶源辐射成像的需要, 对结合电子束光刻和X 射线光刻制作大高宽比菲涅尔波带片的制作工艺进行了研究。首先采用带有自支撑薄膜的衬底进行电子束光刻和微电镀技术来制作X射线光刻掩膜, 以此来降低电子束光刻过程中的背散射, 然后采用多次X 射线曝光和全水电镀的方法来增强大高宽比图形的抗倒性, 从而完成了大高宽比波带片结构的制作。对所制作的自支撑波带片最外环宽度为350 nm, 厚度为3.5 μm, 高宽比达到10, 侧壁陡直且具有优良的结构质量, 可用于10 keV~30 keV 波段的硬X 射线成像。