清华大学在分焦面超像素阵列光刻制造领域取得新进展

　　分焦平面阵列因具备高集成度、高鲁棒性和高动态适应性等优势，在偏振成像领域受到广泛关注。制造分焦平面阵列的关键在于制备阵列化的各向异性亚波长光栅。近日，清华大学深圳国际研究生院李星辉副教授团队在分焦面超像素阵列光刻制造领域取得新进展，为中红外偏振成像系统的关键器件制备提供了新方案。
 

图1.接触-干涉混合光刻加工流程
 

图2.本研究提出的混合光刻加工系统
 

　　针对中红外偏振成像场景，研究团队提出单循环接触-干涉混合光刻技术。该技术采用不包含光栅精细条纹结构的窗口掩膜，对干涉光刻产生的条纹进行分区裁剪，通过四步曝光法，在20mm×20mm的区域曝光出34μm×34μm超像素阵列的潜像条纹，其中每个阵列包含四个不同方向的800nm周期光栅，并通过单循环的显影、刻蚀、镀膜等工艺，实现图形转移。
 

图3.分焦平面光栅阵列结构表征
 

　　研究团队使用有限差分时域，分析模拟了间隙大小及间隙填充介质对干涉条纹的作用，选用折射率匹配材料对间隙进行填充，抑制掩膜与基底间隙造成的干涉条纹质量下降。同时，团队构建了基于显微成像技术的亚微米级精度对准观察平台，使用掩膜板上的双区域周期性条纹标记，实现掩膜与基底顶点的对准，成功实现了分步光刻套刻对准，避免了不同线栅区域的串扰。
 

　　研究团队对加工样品进行了系统的表面形貌表征与光学性能测试，扫描电子显微镜(SEM)表征结果显示，所加工面积内表现出良好的条纹质量和套刻对准精度；基于傅里叶红外光谱仪的光学透过性能和偏振消光比表明，在3μm-15μm的中红外波段内该超像素阵列的子像素对TM光的最大透过率达到了50%，偏振消光比达到20dB。研究提出的混合光刻技术在加工诸如分焦平面亚波长阵列等中等复杂度多周期结构方面具有显著优势。
 

　　研究成果以“用于可扩展制造阵列象限微偏振器结构的单循环接触干涉混合光刻技术”(Single-cycle contact-interference hybrid lithography for scalable fabrication of arrayed quadrant micro-polarizer structures)为题，于2025年12月15日发表于《极端制造》(International Journal of Extreme Manufacturing)。
 

　　清华大学深圳国际研究生院2021级博士生陆天石、2021级硕士生邓富元为论文共同第一作者，李星辉为论文通讯作者。论文其他作者还包括清华大学深圳国际研究生院2023级硕士生魏雨枫、2022级硕士生曾郅鹏。研究得到国家自然科学基金与深圳市高等院校稳定支持计划等的资助。