專利名稱：制作超微細圖形的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制作超微細圖形的裝置，尤其涉及一種用原子制作超微細圖形的裝置。
現(xiàn)有技術中，一般采用光刻機、激光直寫機等儀器，通過光刻、顯影等工藝流程，制作超微細圖形，其缺陷在于需要使用多種儀器，不僅工藝復雜，而且不能直接制作出三維圖形，也不能制作出任意超微細圖形。近來出現(xiàn)的一種光學控制裝置，利用光學控制方法在真空室內形成準直光場和聚焦光場，使真空室內的原子流通過準直光場和聚焦光場后，直接在工件臺的基底上形成微細圖形。但這種裝置仍然存在只能制作出周期性的成批點線微細圖形的缺陷，不能直接制作出任意形狀的超微細圖形。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，而提供一種可以節(jié)約大量設備和儀器，不需要光刻顯影等繁瑣的工藝過程，直接制作出任意超微細圖形的裝置。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術措施實現(xiàn)制作超微細圖形的裝置包括原子束發(fā)生器、真空室、基片和工件臺，真空室內有通電線圈、第一激光束和第二激光束、計算全息編碼片；原子束流射入真空工作室，通過通電線圈產生的磁場、第一激光束和第二激光束形成的磁光陷阱區(qū)、以及磁光陷阱區(qū)下面的計算全息編碼片、基片和工件臺，在基片上形成任意超微細圖形。
本發(fā)明的目的也可通過以下技術措施實現(xiàn)計算全息編碼片是有帶孔圖形的氮化硅薄膜，帶孔圖形的大小和坐標位置根據(jù)實際微細圖形，通過傅立葉變換，求得德布羅意波頻譜的分布，并經編碼得到。
本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術有以下優(yōu)點本發(fā)明利用制作超微細圖形的裝置，通過通電線圈的磁場和激光場的作用，對氣體原子束發(fā)生器發(fā)出的亞穩(wěn)態(tài)原子束流進行冷卻減速和控制，使原子求流進入裝置中的磁光陷阱區(qū)，在磁場的零點聚集形成原子云。在激光照射下，原子云的原子產生能級躍遷，然后自發(fā)輻射躍遷到基態(tài)和較低態(tài)，在重力作用下垂直下降，形成準單色的亞穩(wěn)態(tài)原子德布羅意波。亞穩(wěn)態(tài)原子德布羅意波通過水平放置的計算全息編碼片上的孔圖形后，產生衍射和干涉，并在基片上重現(xiàn)并堆積，形成任意超微細圖形。因此這種裝置節(jié)約了大量設備和儀器，也不需要光刻顯影等繁瑣的工藝過程。
本發(fā)明制作超微細圖形的裝置只要加一塊帶小孔圖形的計算全息編碼片，即可制作出任意超微細圖形。由于任意形狀的超微細圖形通過傅立葉變換，都可求得德布羅意波的頻譜分布，經編碼都可制作出對應的全息編碼片，因此本發(fā)明可方便地直接制作出任意形狀的超微細圖形；并且具有圖形的計算全息編碼片可反復多次使用，因此降低了制作任意超微細圖形的成本。
由于本發(fā)明利用的亞穩(wěn)態(tài)原子德布羅意波，波長很短，因此可制作分辨率很高的超微細圖形，甚至納米級圖形，故本發(fā)明可用于超微細三維圖形，以及進行納米材料和納米級器件的研究和開發(fā)。


圖1為制作超微細圖形裝置的總結構圖。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示實施例中，制作超微細圖形裝置由原子束發(fā)生器1、真空室9等構成。放置于真空工作室9外的原子束發(fā)生器1與真空工作室9緊密相連。真空工作室9內放置光欄2、通電線圈4、第一激光束5和第二激光束7、計算全息編碼片10、基片14、工件臺15。第一激光束5垂直向下發(fā)射，第二激光束7水平發(fā)射，兩激光束相交之處形成磁光陷阱區(qū)6。
原子束發(fā)生器1發(fā)出的亞穩(wěn)態(tài)原子束流3通過束源噴出口射入真空工作室9內，先穿過帶小孔的光欄2，光欄2將發(fā)散的原子擋去，余下發(fā)散角很小的原子束流3沿直線方向繼續(xù)前進，進入磁光陷阱區(qū)6，受到第二激光束7的照射。第二激光束7的頻率與原子束流3的原子從較低能態(tài)躍遷到較高能態(tài)的躍遷頻率相同。第二激光束7對原子束流3進行冷卻和減速。原子束流3的周圍有通電線圈4。在通電線圈4提供的空間變化的磁場作用下，原子在減速的同時，躍遷頻率的頻移變化正好與多普勒頻移相抵消。
原子束流3進入磁光陷阱區(qū)6后，受磁光陷阱區(qū)6內陷阱的作用，在磁場的零點聚集形成原子云。原子云的垂直面內上面是第一激光束5，第一激光束5的頻率與亞穩(wěn)態(tài)的原子束流3從原子的較低能態(tài)躍遷到較高能態(tài)的躍遷頻率相同。在第一激光束5的照射下，原子云的原子躍遷至較高能態(tài)。由于較高能態(tài)的原子不穩(wěn)定，原子自發(fā)輻射后一半躍遷到基態(tài)，一半躍遷到較低能態(tài)?；鶓B(tài)和較低能態(tài)的原子不受磁光陷阱6的作用，在重力作用下垂直下降，并向下形成準單色的德布羅意波8。當準單色的德布羅意波8通過水平放置的計算全息編碼片10上的許多小孔圖形11后，產生衍射和干涉，并在放置于工件臺15的基片14上重現(xiàn)并堆積出超微細圖形13。
圖1中的全息編碼片10是一厚度為0.5-5微米的氮化硅薄膜。編碼片10上的小孔圖形11的大小和坐標位置是根據(jù)所需制作的實際任意微細圖形，通過傅立葉變換，求得德布羅意波頻譜的分布，并經編碼后得到的。亞穩(wěn)態(tài)原子德布羅意波8通過編碼片10后，在工件臺15上放置的基片14上形成實際的任意超微細圖形13。
權利要求
1.一種制作超微細圖形的裝置，包括原子束發(fā)生器(1)、真空室(9)、基片(14)和工件臺(15)，其特征在于真空室(9)內有通電線圈(4)、第一激光束(5)和第二激光束(7)、計算全息編碼片(10)；原子束流(3)射入真空工作室(9)，通過通電線圈(4)產生的磁場、第一激光束(5)和第二激光束(7)交叉形成的磁光陷阱區(qū)(6)、以及磁光陷阱區(qū)(6)下面的計算全息編碼片(10)，在工件臺(15)的基片(14)上形成任意超微細圖形(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的制作超微細圖形的裝置，其特征在于計算全息編碼片(10)是有帶孔圖形(11)的氮化硅薄膜，帶孔圖形(11)的大小和坐標位置根據(jù)實際微細圖形(13)，通過傅立葉變換，求得德布羅意波頻譜的分布，并經編碼得到。
全文摘要
本發(fā)明是一種用原子制作任意超微細圖形的裝置，由原子束發(fā)生器、真空室、通電線圈、激光束、計算全息編碼片和基片等構成。它利用磁場、激光場使準直原子束冷卻、減速，形成準單色德布羅意波；使準單色德布羅意波通過計算全息編碼片孔產生衍射和干涉，在工件臺上直接堆積制作出任意形狀的超微細圖形。該裝置克服了現(xiàn)有技術的缺陷，可廣泛應用于制作包含納米圖形的超微細三維圖形、納米材料和納米器件等的研究和開發(fā)。
文檔編號B82B3/00GK1406860SQ0110875
公開日2003年4月2日 申請日期2001年8月20日 優(yōu)先權日2001年8月20日
發(fā)明者石建平, 陳旭南, 羅先剛, 高洪濤, 陳獻忠, 李展 申請人:中國科學院光電技術研究所