陽明交大攜跨國團隊開發真空紫外超穎透鏡 應用於先進光電及半導體

陽明交大攜跨國團隊開發真空紫外超穎透鏡 應用於先進光電及半導體

紫外光可應用於殺菌除汙、綠色能源生成、量子計算以及半導體廠的曝光微影,但要有效地產生並控制紫外光並非易事。國立陽明交通大學電子研究所曾銘綸助理教授與美國萊斯大學、香港城市大學、國立聯合大學、中央研究院共同合作,開發出可有效產生並聚焦紫外光的奈米超穎透鏡(Metasurface lens,亦稱Metalens)。研究成果獲刊國際知名期刊《Science Advances》。

曾銘綸助理教授表示,研究專注於真空紫外光,相較於一般的可見光,紫外光具有較高能量,皆於真空腔體操作,可應用於光化學、材料分析以及微影等前瞻科技,在次世代科技發展中扮演重要角色。然而,常見的光學材料會強烈吸收真空紫外光,因此如何產生與控制真空紫外光一向是個難題,也限制科學家們進一步探討真空紫外光尚未發現的潛在價值。

超穎透鏡是一種特製設計的超穎介面,由半導體材料氧化鋅薄膜加工製作而成,其聚焦與成像與一般厚重的玻璃透鏡相近,並具有更新穎的功能與應用。團隊在研究中發現,在可見光雷射的照射下,氧化鋅可將入射的可見光雷射轉換成真空紫外光,此現象稱做二次諧波效應,是非線性光學中經常使用的一種關鍵技術。研究也發現要達到期望的雙重功能,超穎透鏡的奈米天線需要有良好的光學共振與適當的材料,連形狀也需符合某些條件方能使超穎透鏡同時產生與聚焦真空紫外光。

在搭配奈米光學、非線性光學及量子力學中幾何相位的理論後,曾銘綸助理教授與合作團隊決定採用氧化鋅奈米三角天線組成超穎透鏡,以電子束微影及聚焦離子束雕刻等技術製作數個超穎透鏡,並於美國萊斯大學的量測實驗中成功觀察到超穎透鏡將可見光雷射轉換成真空紫外光並聚焦於空間中。此超穎透鏡產生的聚焦光點僅約為兩個微米,在聚焦點的真空紫外光的單位面積強度有21倍的顯著增強,未來可整合於現有的光學系統中並應用於先進的光譜研究。

研究團隊期望未來能藉由超穎介面輕薄短小、功能多樣性、開發自由度的特性實現更多紫外光超穎介面;得益於台灣半導體產業居世界領導地位,團隊也相當看好由半導體奈米結構組成的超穎介面未來量產與商業化的潛力。曾銘綸助理教授特別感謝科技部、教育部、電子所及合作團隊的支持,並表示這只是第一步,相信未來超穎透鏡可以用來解決紫外光以及可見光區間的挑戰,並帶來更多重要的科技應用。論文連結:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn5644

(圖由陽明交大提供/1.曾銘綸助理教授(中)研究團隊與跨國團隊共同開發真空紫外超穎透鏡。2.真空紫外超穎透鏡。在可見光雷射的照射下,超穎透鏡會藉由非線性效應產生真空紫外光。3.真空紫外超穎透鏡的聚焦結果。)
陽明交大攜跨國團隊開發真空紫外超穎透鏡 應用於先進光電及半導體

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