Pourquoi les metalenses sont sur le point de révolutionner la fabrication de puces

Image SEM (angle de vue incliné de 30°) des métallènes focalisés en forme de « U » Metalens avec motif de mise au point artificielle

L'un des nouveaux microdispositifs les plus étonnants à l'horizon est le metalens. Cette refonte de la lentille traditionnelle en forme de losange est une plaque mince de dioxyde de silicium avec un motif de minuscules tranchées creusées dans la surface. Les tranchées ont à peu près la même taille que la longueur d'onde de la lumière et influencent le passage des photons à travers la dalle, les amenant à un foyer.

Cela transforme ces dalles en lentilles plates. Mais le véritable avantage est qu'ils peuvent être gravés sur des puces de silicium ordinaires et donc fabriqués sur les mêmes lignes de fabrication.

C'est un grand pas. Jusqu'à présent, les lentilles étaient toujours fabriquées séparément puis assemblées en composants optiques. L'utilisation de lentilles métalliques permettrait de fabriquer des appareils tels que les caméras des smartphones beaucoup plus facilement et à moindre coût. Les Metalenses pourraient même permettre des conceptions entièrement nouvelles de composants optiques tels que des puces optiques.

Maintenant, Mao Ye et ses collègues de l'Université du Michigan dévoilent une autre astuce : un ensemble de lentilles métalliques qui concentrent la lumière sur un motif spécifique plutôt que sur un point. Cela a des implications pour les fabricants de puces qui utilisent la lumière pour graver des motifs spécifiques sur la surface d'une plaque de silicium.

La nouvelle technique est simple dans son principe. L'idée est qu'un motif particulier de tranchées apporte de la lumière à un point focal spécifique. Mais les chercheurs ajoutent ensuite un autre motif avec un point focal légèrement différent qui chevauche le premier. Cela crée une ligne focale.

L'ajout de plusieurs motifs avec différents points focaux qui se chevauchent augmente la complexité du motif résultant. En principe, il est possible de créer n'importe quel motif focal.

Ye and co démontrent la technique en créant des métalenses avec un motif focal en forme de U et en forme de M. Cette démonstration de preuve de principe montre comment les lignes et les courbes peuvent être combinées pour créer des motifs plus complexes. Nous avons proposé et démontré une nouvelle approche pour créer des lentilles métalliques qui concentrent la lumière sur un motif conçu artificiellement au lieu d'un point, disent-ils.

La technique a une large gamme d'applications qui impliquent la mise en forme du faisceau : pour la découpe laser, le recuit et la cristallisation sélective, par exemple. Mais c'est dans la fabrication de puces que la technique est la plus prometteuse. En raison de la grande densité d'énergie qui se concentre sur le motif, les lentilles métalliques de ce type peuvent potentiellement être appliquées à la nanolithographie de nouvelle génération avec un motif ciblé imprimé sur la lentille, disons Ye et co.

Il y a encore des améliorations à venir. Les métalenses conçues par Ye et ses collaborateurs fonctionnent à une seule longueur d'onde, dans ce cas la lumière rouge avec une longueur d'onde de 685 nanomètres.

Mais d'autres groupes ont conçu des lentilles métalliques qui concentrent la lumière sur une gamme de longueurs d'onde. L'application des mêmes techniques ici devrait conduire à des métalenses avec des motifs focaux qui fonctionnent pour plusieurs longueurs d'onde.

C'est un travail intéressant qui montre comment les métalenses devraient avoir un impact significatif dans les mois et les années à venir.

Réf : arxiv.org/abs/1906.10681 : Metalens avec motif de mise au point artificielle

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