制作超微细图形的装置

本发明涉及一种制作超微细图形的装置，尤其涉及一种用原子制作超微细 图形的装置。

现有技术中，一般采用光刻机、激光直写机等仪器，通过光刻、显影等工 艺流程，制作超微细图形，其缺陷在于需要使用多种仪器，不仅工艺复杂，而 且不能直接制作出三维图形，也不能制作出任意超微细图形。近来出现的一种 光学控制装置，利用光学控制方法在真空室内形成准直光场和聚焦光场，使真 空室内的原子流通过准直光场和聚焦光场后，直接在工件台的基底上形成微细 图形。但这种装置仍然存在只能制作出周期性的成批点线微细图形的缺陷，不 能直接制作出任意形状的超微细图形。

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种可以节约大量设备和 仪器，不需要光刻显影等繁琐的工艺过程，直接制作出任意超微细图形的装 置。

本发明的目的可以通过以下技术措施实现：制作超微细图形的装置包括原 子束发生器、真空室、基片和工件台，真空室内有通电线圈、第一激光束和第 二激光束、计算全息编码片；原子束流射入真空工作室，通过通电线圈产生的 磁场、第一激光束和第二激光束形成的磁光陷阱区、以及磁光陷阱区下面的计 算全息编码片、基片和工件台，在基片上形成任意超微细图形。

本发明的目的也可通过以下技术措施实现：计算全息编码片是有带孔图 形的氮化硅薄膜，带孔图形的大小和坐标位置根据实际微细图形，通过傅立 叶变换，求得德布罗意波频谱的分布，并经编码得到。

本发明相比于现有技术有以下优点：

本发明利用制作超微细图形的装置，通过通电线圈的磁场和激光场的作 用，对气体原子束发生器发出的亚稳态原子束流进行冷却减速和控制，使原子 求流进入装置中的磁光陷阱区，在磁场的零点聚集形成原子云。在激光照射 下，原子云的原子产生能级跃迁，然后自发辐射跃迁到基态和较低态，在重力 作用下垂直下降，形成准单色的亚稳态原子德布罗意波。亚稳态原子德布罗意 波通过水平放置的计算全息编码片上的孔图形后，产生衍射和干涉，并在基片 上重现并堆积，形成任意超微细图形。因此这种装置节约了大量设备和仪器， 也不需要光刻显影等繁琐的工艺过程。

本发明制作超微细图形的装置只要加一块带小孔图形的计算全息编码片， 即可制作出任意超微细图形。由于任意形状的超微细图形通过傅立叶变换， 都可求得德布罗意波的频谱分布，经编码都可制作出对应的全息编码片，因 此本发明可方便地直接制作出任意形状的超微细图形；并且具有图形的计算 全息编码片可反复多次使用，因此降低了制作任意超微细图形的成本。

由于本发明利用的亚稳态原子德布罗意波，波长很短，因此可制作分辨率 很高的超微细图形，甚至纳米级图形，故本发明可用于超微细三维图形，以及 进行纳米材料和纳米级器件的研究和开发。

附图说明：

图1为制作超微细图形装置的总结构图。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示实施例中，制作超微细图形装置由原子束发生器1、真空室9 等构成。放置于真空工作室9外的原子束发生器1与真空工作室9紧密相 连。真空工作室9内放置光栏2、通电线圈4、第一激光束5和第二激光束 7、计算全息编码片10、基片14、工件台15。第一激光束5垂直向下发射， 第二激光束7水平发射，两激光束相交之处形成磁光陷阱区6。

原子束发生器1发出的亚稳态原子束流3通过束源喷出口射入真空工作 室9内，先穿过带小孔的光栏2，光栏2将发散的原子挡去，余下发散角很小 的原子束流3沿直线方向继续前进，进入磁光陷阱区6，受到第二激光束7的 照射。第二激光束7的频率与原子束流3的原子从较低能态跃迁到较高能态 的跃迁频率相同。第二激光束7对原子束流3进行冷却和减速。原子束流3 的周围有通电线圈4。在通电线圈4提供的空间变化的磁场作用下，原子在减 速的同时，跃迁频率的频移变化正好与多普勒频移相抵消。

原子束流3进入磁光陷阱区6后，受磁光陷阱区6内陷阱的作用，在磁场 的零点聚集形成原子云。原子云的垂直面内上面是第一激光束5，第一激光束 5的频率与亚稳态的原子束流3从原子的较低能态跃迁到较高能态的跃迁频率 相同。在第一激光束5的照射下，原子云的原子跃迁至较高能态。由于较高 能态的原子不稳定，原子自发辐射后一半跃迁到基态，一半跃迁到较低能 态。基态和较低能态的原子不受磁光陷阱6的作用，在重力作用下垂直下降， 并向下形成准单色的德布罗意波8。当准单色的德布罗意波8通过水平放置的 计算全息编码片10上的许多小孔图形11后，产生衍射和干涉，并在放置于 工件台15的基片14上重现并堆积出超微细图形13。

图1中的全息编码片10是一厚度为0.5-5微米的氮化硅薄膜。编码片 10上的小孔图形11的大小和坐标位置是根据所需制作的实际任意微细图 形，通过傅立叶变换，求得德布罗意波频谱的分布，并经编码后得到的。亚 稳态原子德布罗意波8通过编码片10后，在工件台15上放置的基片14上形 成实际的任意超微细图形13。