La producción en masa de dispositivos ópticos planos con estructuras de sub-longitud de onda pronto podría ser una realidad, gracias a una técnica de fabricación de metasuperficie desarrollada por investigadores de A * STAR.

Las metauperficies son sintéticas, materiales bidimensionales cubiertos de diminutas formas individuales con tamaños y espacios más pequeños que las longitudes de onda de la luz visible. Estas estructuras de 'sub-longitud de onda' permiten a los científicos controlar con precisión la forma de propagación, o frente de onda, de haces de luz. Como tal, Las metasuperficies son prometedoras para muchas aplicaciones, desde imágenes de alta resolución e impresión en color hasta el control de la polarización de la luz. Producción masiva de metasuperficies, sin embargo, ha demostrado ser un desafío, limitado por la complejidad de realizar patrones tan precisos.

Ahora, Ting Hu y sus colegas del Instituto de Microelectrónica (IME) de A * STAR han desarrollado un método para construir metasuperficies basadas en silicio mediante la introducción de técnicas existentes de fabricación de semiconductores. Su nuevo diseño de metasuperficie puede producir pantallas de color rojo-verde-azul (RGB) de alta resolución.

Hasta ahora, Las metasuperficies se han fabricado principalmente mediante litografía por haz de electrones (EBL), que no es aplicable a la producción en masa, como explica Hu:

"Con EBL, el haz de electrones enfocado se mueve lentamente, paso a paso, a través del sustrato de metasuperficie. Metasuperficies con millones, posiblemente miles de millones, de elementos requieren mucho tiempo para ser modeladas a través de EBL. Deseábamos una forma de creación de patrones más rápida y eficiente ".

Hu y el equipo basaron su técnica en la 'litografía de inmersión', que se ha utilizado durante mucho tiempo para grabar patrones en componentes electrónicos. Con múltiples exposiciones, se pueden construir patrones complejos. Los investigadores utilizaron litografía basada en ultravioleta (UV) para el patrón inicial sobre sustratos de silicio, seguido de grabado con plasma para formar los diseños en pequeños bloques de píxeles que se ensamblaron en una superficie de pantalla de 12 pulgadas (ver imagen).

"Nuestra herramienta de litografía UV es un escáner, que puede modelar una oblea completa de 12 pulgadas con dispositivos diseñados en media hora, ", dice Hu." Diseñamos las dimensiones físicas de las matrices de nanopilares de la metasuperficie para mostrar los colores con precisión, con resultados fantásticos, por ejemplo mostrando las letras I, M y E en rojo, verde y azul respectivamente ".

Hu y el equipo esperan optimizar su diseño y mejorar el proceso de grabado para minimizar las pérdidas inducidas por la dispersión de la luz y los defectos en las matrices de nanoestructuras. También están haciendo esfuerzos para realizar planos, proyectores de puntos y metalentes ligeros con usos potenciales en tecnologías de reconocimiento facial.