НОЦ ФМН запатентовал технологии создания плазмонных нанолазеров с уникальными характеристиками

Команда инженеров и ученых НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы получила патенты на многоэтапную технологию изготовления плазмонных лазеров (спазеров) и сенсоров с уникальными характеристиками. Новый метод стал прорывным решением в области плазмоники и позволил, в частности, создать плазмонный нанолазер (спазер) с рекордными спектральными характеристиками и биологический сенсор с рекордной чувствительностью 3 ppt.

Полученные российские патенты:

• Способ физического осаждения тонких пленок металлов из газовой фазы №2697313.
• Способ изготовления массивов регулярных субмикронных металлических структур на оптически прозрачных подложках №2706265.
• Способ изготовления массивов регулярных субмикронных отверстий в тонких металлических пленках на подложках №2703773.

Спектральные характеристики плазмонных лазеров и, соответственно, чувствительность сенсоров на их основе критически зависят от потерь в плазмонных материалах и рассеяния сигналов на несовершенствах формируемых из них наноструктур (резонаторов). По уровню потерь в материале серебро и золото не имеют аналогов в плазмонике – мировая борьба здесь ведется за качество кристаллической структуры и совершенство поверхности тонких пленок, создаваемых из этих металлов. Уровень совершенства резонаторов в основном определяется точностью изготовления плазмонных наноструктур, а также отсутствия загрязнений – даже атомарных – по итогам постпроцессинга. Каждый технологический процесс должен быть реализован таким образом, чтобы на финише получился идеальный прибор. Серия патентов НОЦ ФМН закрепляет ноу-хао команды на весь цикл операций создания плазмонных устройств с уникальными характеристиками.

Разработанная технология вывела на качественно новый уровень методы осаждения, литографии и плазмохимического травления благородных металлов – золота и серебра. Именно эти материалы являются ключевыми для применений в области плазмоники, хотя обладают большим количеством технологических ограничений и особенно капризны с точки зрения нанофабрикации. Способ, предложенный НОЦ ФМН, позволяет обойти эти сложности, вызванные физическими свойствами материалов.

Получены патенты на каждый этап реализации технологии: физическое осаждение ультратонких пленок металлов из газовой фазы, изготовление массивов субмикронных отверстий в тонких пленках, плазмохимическое травление субмикронных металлических структур.

Запатентованная технология найдет применение в области создания низкопороговых нанолазеров – источников когерентного излучения субмикронных размеров, выступающих ключевым элементом оптических систем межпроцессорной связи на чипе и высокопроизводительных вычислительных систем. Помимо этого, она открывает качественно иные возможности в области эко- и биосенсорики.

В частности, изготовленный с использованием разработанной технологии биосенсор позволяет определять вещества предельно малых концентраций (для флуоресцирующих молекул до 20 пикограмм на миллилитр или 3 ppt (parts per trillion – 3 молекулы на триллион частиц раствора). Он может быть использован в лаборатории на чипе – персонифицированном приборе, фиксирующем изменение веществ в крови – а также в системах безопасности аэропортов, торговых центров и других общественных мест.

«Разработанные нашей командой технологии уникальны, однако гораздо важнее полученный опыт, который мы используем сегодня не только в области плазмоники, где совместно с нашими партнерами уже продемонстрировали ряд мировых достижений, но и в работе с некоторыми другими «чувствительными» материалами. Речь идет в том числе о разработках алюминиевой, нитрид-титановой или ниобиевой технологий при изготовлении квантовой элементной базы на сверхпроводниках. Вкупе с непревзойденными характеристиками устройств, наши методы обеспечивают максимально высокую добротность, воспроизводимость и минимизацию привносимых дефектов», – отметил Илья Родионов, директор НОЦ Функциональные Микро/Наносистемы.