A produção em massa de dispositivos ópticos planos com estruturas abaixo do comprimento de onda poderá em breve ser uma realidade, graças a uma técnica de fabricação de metassuperfície desenvolvida por pesquisadores da A * STAR.

As metassuperfícies são sintéticas, materiais bidimensionais cobertos em pequenas formas individuais com tamanhos e espaçamentos menores do que os comprimentos de onda da luz visível. Essas estruturas de 'subcomprimento de onda' permitem que os cientistas controlem com precisão a forma de propagação, ou wavefront, de feixes de luz. Como tal, As metassuperfícies são promissoras para muitas aplicações, desde imagens de alta resolução e impressão em cores até o controle da polarização da luz. Produção em massa de metassuperfícies, Contudo, provou ser um desafio, limitado pela complexidade de realizar tais padrões precisos.

Agora, Ting Hu e seus colegas do Instituto de Microeletrônica (IME) da A * STAR desenvolveram um método de construção de metassuperfícies baseadas em silício, introduzindo técnicas existentes de fabricação de semicondutores. Seu novo design de metassuperfície pode produzir telas coloridas vermelho-verde-azul (RGB) de alta resolução.

Até agora, metassuperfícies têm sido fabricadas principalmente por litografia de feixe de elétrons (EBL), que não é aplicável à produção em massa, como Hu explica:

"Com a EBL, o feixe de elétrons focalizado se move lentamente, passo a passo, através do substrato metassuperficial. Metasuperfícies com milhões - possivelmente bilhões - de elementos requerem muito tempo para serem padronizadas via EBL. Queríamos uma forma mais rápida e eficiente de padronização. "

Hu e a equipe basearam sua técnica em 'litografia de imersão', que há muito tem sido usado para gravar padrões em componentes eletrônicos. Com múltiplas exposições, padrões complexos podem ser construídos. Os pesquisadores usaram litografia baseada em ultravioleta (UV) para a padronização inicial em substratos de silício, seguido por gravação de plasma para formar os designs em pequenos blocos de pixels que foram montados em uma superfície de tela de 12 polegadas (veja a imagem).

"Nossa ferramenta de litografia UV é um scanner, que pode padronizar um wafer inteiro de 12 polegadas com dispositivos projetados em meia hora, "diz Hu." Nós projetamos as dimensões físicas das matrizes de nano-pilares da metassuperfície para exibir cores com precisão, com resultados fantásticos, por exemplo, exibindo as letras I, M e E em vermelho, verde e azul, respectivamente. "

Hu e a equipe esperam otimizar seu projeto e melhorar o processo de corrosão para minimizar as perdas induzidas pela dispersão de luz e defeitos nos arranjos de nanoestruturas. Eles também estão se esforçando para tornar o plano, 'meta-lentes' leves e projetores de pontos com usos potenciais em tecnologias de reconhecimento facial.