Optische Meta-Oberflächen & Meta-Linsen

von Moxtek

Moxtek stellt hochleistungsfähige Metallinsen für den sichtbaren und IR-Bereich her. Das Angebot umfasst Design, Erstellung von Prototypen, anschließende Großserienfertigung auf 200mm Wafern, protokollierte Vermessung und die Verpackung.

Die funktionalen Nanostrukturen können z.B als Mikrolinsen-Arrays, Wellenleiter, strukturierte Meta-Oberflächen und Meta-Linsen, diffraktive optische Elemente (DOEs), photonische Kristalle und Biosensor-Arrays im VIS oder NIR Bereich eingesetzt werden.

Diese Bauelemente für Bildgebungs-, Beleuchtungs- und Anzeigesysteme finden Anwendung in der Automobilindustrie, in der medizinischen und zahnmedizinischen Bildgebung, in Kamerasystemen und vielen anderen Bereichen.

Eigenschaften

Minimale CD: 70 nm
Minimaler Abstand: 70 nm
Dicke: ≤1.000 nm
Seitenverhältnis: 12:1
Metamaterialien (bevorzugt): Nb2O5, Al
Metamaterialien (sonstige): Si, SiO2, Si3N4
Substratdicken: 0,5 mm bis 1,6 mm dick
Substrattypen: Displayglas, Quarzglas, Silizium, Saphir

Weitere Informationen

Vorteile von Metalensen

Zu den Vorteilen von Metalensen zählen eine reduzierte optische Länge und ein geringeres Gewicht in optischen Systemen. Im Vergleich zu herkömmlichen Optiken bieten sie mehr Designflexibilität, zusätzliche Funktionen, kürzere Brennweiten und kleinere Durchmesser. Metalensen-Mikrolinsenarrays (MLAs) sind ebenfalls möglich und bieten mehr Designflexibilität als herkömmliche MLA-Ansätze. Als Unternehmen für meta- und nanostrukturierte Optik hat Moxtek verschiedene Herausforderungen im Zusammenhang mit der Skalierung (Produktionsmenge) bei der Herstellung von Metalenses für sichtbare Wellenlängen gemeistert. So wurden effiziente Methoden zur Erstellung von Replikationsvorlagen in Kombination mit dem bestehenden NIL-Verfahren entwickelt, um einen Komplettlösungsansatz für die Massenproduktion anzubieten. Moxtek repliziert Metalenses mit extrem engen Toleranzen und hoher Wiederholgenauigkeit und nutzt das Ätzen mit hohem Aspektverhältnis in transparente Schichten mit hohem Brechungsindex, um hochleistungsfähige Metalinsen herzustellen.

Vorteile von Moxtek

Produktions- und prototypenkompatible Prozesse
Interne Metallinsenmodellierung oder die Möglichkeit, Kundendesigns zu replizieren
Fachwissen in den Bereichen Dünnschichtabscheidung, Ätzen und NIL
Metaoptik aus Nioboxid (Nb2O5) im sichtbaren Bereich mit Vorteilen wie einfacher Abscheidung, geringer Absorption, geringer Rauheit, gleichmäßiger Ätzung mit hohem Aspektverhältnis und stabilen optischen Eigenschaften
Protective Overcoat™ verbessert die Haltbarkeit und Leistung
Wafer-Scale-Messtechnik einschließlich MTF, AFE und Zero Order Leakage
Gleichmäßige Linsenreplikation auf Ø200-mm-Wafern
>25 Jahre Erfahrung in der Herstellung nanostrukturierter Optiken


Abbildung 1: (a) Metalinse unter dem Mikroskop aufgenommen, (b) REM-Aufnahme des Zentrums der Metalinse, (c–d) hoch-aspektige Si- und Nb₂O₅-Nanopfeiler, gefertigt auf einem Ø200-mm-Wafer.

Zuverlässige Methoden

Aufbauend auf jahrelanger Erfahrung hat Moxtek zuverlässige Methoden zur Herstellung von Metallinsen im Wafer-Maßstab für sichtbares und nahes Infrarot für verschiedene neue Anwendungen entwickelt. Die Metallinsen mit Overcoat™ von Moxtek sind vor physischen Beschädigungen geschützt und können die Transmission Ihres optischen Systems verbessern. Eine absorbierende Blende kann die Streulichtrückreflexionen reduzieren. Reflektierende Blendenoptionen sind ebenfalls erhältlich. Nachstehend finden Sie unsere Fertigungsdesignparameter. Weitere Informationen erhalten Sie hier. Metallinsen-Muster für den sichtbaren Bereich sind ebenfalls erhältlich. Link zum Datenblatt für Metallinsen

Designparameter

Minimale Struktur-Abstände: 70 nm
Dicke: ≤1.050 nm*
Seitenverhältnis: 15:1 oder weniger
Materialien (bevorzugt): Nb2O5, a-Si, Al
Materialien (Entwicklung): SiO2, Si3N4, kristallines Si
Andere Thin Film Dielectrics: TiO2, Al2O3, ZrO2 usw.
Andere Thin Film Conductive Materialien: Ag, ITO (Entwicklung).
Protective OvercoatTM: Die Dicke kann optimiert werden, um die Reflexion der Metastruktur zu reduzieren und die Übertragungs- und Fokussierungseffizienz zu verbessern.
Substratdurchmesser: Ø200 mm
Substrattypen: [1] Eagle XG Displayglas, [2] Quarzglas, [3] Silizium, [4] Borofloat, [5] Saphir (nur in Entwicklung), [6] BK7-Glas (nur in Entwicklung)
Substratdicken: 0,5 mm[1], 0,7 mm[1]-[3],[5]-[6], 1,0 mm[2] oder 1,6 mm[2],[4]

Die hochgestellten Zahlen bezeichnen die entsprechenden Substrattypen, die für eine bestimmte Dicke verfügbar sind. * Hinweis: Eine größere Dicke ist möglich, wenn min CD größer als 70 nm ist.

Sichtbare und Nah-IR-Metallinsen

Moxtek fertigt eine Vielzahl von sichtbaren und Nah-IR-Metallinsen mit unterschiedlichen Größen, Brennweiten, numerischen Aperturen und Betriebswellenlängen. Allerdings war es bisher schwierig, die Möglichkeit der Integration von Metallinsen in optischen Systeme zu prüfen, da Metallinsen in der Regel nur auf Sonderbestellung erhältlich sind. Um die Bewertung zu vereinfachen, bietet Moxtek sichtbare und Nah-IR-Metallinsen als Standardprodukte für Tisch- und Integrationstests an. Die zum Kauf verfügbaren Muster sind im Metallinsen-Datenblatt aufgeführt. Darüber hinaus ist Software für das Design optischer Metasoberflächen und optischer Systeme ein wichtiges Werkzeug, mit denen Unternehmen neue Designs und Montagekonzepte ohne aufwendige und kostspielige Prototypenfertigung und komplizierte Messtechnik erforschen und optimieren können. Allerdings sind „Design for Manufacturability” und Zuverlässigkeit wichtige Aspekte, die von Designern manchmal übersehen werden, da die Software häufig keine Einschränkungen hinsichtlich Meta-Atomen, Substraten oder anderen Optionen auf der Grundlage fabrikationsspezifischer Designregeln und -fähigkeiten vorsieht. Um dies zu verbessern, bietet Moxtek ein Process Design Kit (PDK) mit in der Fertigung bewährten Meta-Atom-Bibliotheken an, um ein fabrikationsfreundliches und herstellbares Design sicherzustellen.

Metaoptische PDKs

Ein Process Design Kit (PDK) ist eine Sammlung wichtiger Komponenten, Designregeln, Modelle und Daten, die Designern bei der Entwicklung von integrierten Halbleiterschaltungen oder in diesem Fall von Metaschichten und anderen metaoptischen Elementen helfen. Moxtek hat in Zusammenarbeit mit Anbietern von optischer und photonischer Modellierungssoftware wie Ansys® und PlanOpSim sichtbare Meta-Atom-Bibliotheken, Workflows und zugehörige Dateien für die Wellenlängen Grün (532 nm) und Rot (633 nm) entwickelt, validiert und veröffentlicht. Die Meta-Atom-Bibliotheken sind für unsere etablierten sichtbaren metaoptischen Foundry-Prozesse optimiert und nutzen diese, um fertigungsfreundliche Designs zu gewährleisten. Moxtek hat den Ansys PDK-Workflow verifiziert und die Leistung von Linsen mit einem hyperbolischen Phasenprofil aufgebaut und validiert. Außerdem haben wir diesen Workflow verwendet, um die Designarbeit aus unserer veröffentlichten Off-Axis-Eye-Tracker zu replizieren.

Vorteile

wiederholbare Linsenreplikation auf 200mm Wafern
Produktions- und prototypenkompatible Prozesse
Nioboxid (Nb2O5) bietet einfache Abscheidung, gleichmäßige Ätzung und geringe Kosten
Replikation von Kundendesigns möglich
Erfahrung mit Dünnschichtabscheidung, Ätzung und NIL
In-house Metalinsen-Design
Flexibilität bei den Linsenparametern
Schutzschicht für verbesserte Haltbarkeit und Leistung