Perché i metalli stanno per rivoluzionare la produzione di chip

Immagine SEM (angolo di visione inclinato di 30°) dei metalli focalizzati a forma di 'U'. Metalens con messa a fuoco artificiale

Uno dei nuovi microdispositivi più sorprendenti all'orizzonte è il metalens. Questa riprogettazione della tradizionale lente a forma di losanga è una sottile lastra di biossido di silicio con un motivo di minuscole trincee scavate nella superficie. Le trincee hanno all'incirca le stesse dimensioni della lunghezza d'onda della luce e influenzano il passaggio dei fotoni attraverso la lastra, portandoli a fuoco.

Ciò trasforma queste lastre in lenti piatte. Ma il vero vantaggio è che possono essere scolpiti su normali chip di silicio e quindi realizzati sulle stesse linee di fabbricazione.

Questo è un grande passo. Finora le lenti sono sempre state realizzate separatamente e poi assemblate in componenti ottici. L'uso di metalenses consentirebbe di realizzare dispositivi come le fotocamere degli smartphone in modo molto più semplice ed economico. Metalenses potrebbe anche consentire progetti completamente nuovi di componenti ottici come chip ottici.

Ora Mao Ye e colleghi dell'Università del Michigan svelano un altro trucco: un insieme di metalli che focalizzano la luce su uno schema specifico piuttosto che su un punto. Ciò ha implicazioni per i produttori di chip che utilizzano la luce per scolpire modelli specifici sulla superficie di una lastra di silicio.

La nuova tecnica è semplice in linea di principio. L'idea è che un particolare schema di trincee porti la luce a un punto focale specifico. Ma i ricercatori aggiungono poi un altro modello con un punto focale leggermente diverso che si sovrappone al primo. Questo crea una linea focale.

L'aggiunta di più modelli con diversi punti focali sovrapposti aumenta la complessità del modello risultante. In linea di principio, è possibile creare qualsiasi schema focale.

Ye e co dimostrano la tecnica creando metalli con un motivo focale a forma di U e la forma di una M. Questa dimostrazione di prova di principio mostra come linee e curve possono essere combinate per creare motivi più complessi. Abbiamo proposto e dimostrato un nuovo approccio per creare metalli che concentrano la luce su uno schema progettato artificialmente anziché su un punto, dicono.

La tecnica ha un'ampia gamma di applicazioni che coinvolgono la modellatura del raggio: per il taglio laser, la ricottura e la cristallizzazione selettiva, ad esempio. Ma è nella produzione di chip che la tecnica è più promettente. A causa della grande densità di energia che si concentra sul modello, metalli di questo tipo possono essere potenzialmente applicati alla nano-litografia di prossima generazione con un modello mirato impresso sull'obiettivo, ad esempio Ye and co.

Ci sono miglioramenti ancora in arrivo. I metalensi progettati da Ye and co lavorano a una singola lunghezza d'onda, in questo caso luce rossa con una lunghezza d'onda di 685 nanometri.

Ma altri gruppi hanno progettato metalensi che focalizzano la luce su una gamma di lunghezze d'onda. L'applicazione delle stesse tecniche qui dovrebbe portare a metalli con schemi focali che funzionano per più lunghezze d'onda.

Questo è un lavoro interessante che mostra come i metalensi avranno un impatto significativo nei prossimi mesi e anni.

Rif: arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens con messa a fuoco artificiale

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