一种大面积的纳米透镜型阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积、均匀的纳米透镜型阵列及其制备方法，包括：1、提供衬底，并对衬底进行清洁、活化；2、在衬底上旋涂负性光刻胶；3、采用可调全息光刻技术，以266nm波长的深紫外激光为光源，通过全息光学元件对负性光刻胶进行图案化曝光；4、经过显影和定影，得到光刻胶纳米透镜型阵列；5、采用各向异性金属沉积的方法对光刻胶模板进行金属化，得到金属的纳米透镜型阵列。光刻可以在几分钟之内大面积的完成，金属沉积也可以大批量的进行，因此突破了现有技术在批量加工方面的限制，制备的结构均匀，可以实现纳米级的精度以及大面积的制备，适用性强，有利于进一步推广本发明专利技术在不同技术领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积的纳米透镜型阵列及其制备方法
本专利技术属于纳米
，尤其涉及一种大面积、均匀的纳米透镜型阵列及其加工、制备方法。
技术介绍
二维纳米结构，因其具有大的比表面积、大粗糙度而呈现出超亲/疏水、表面等离激元共振、场发射、滤光、吸光等特性，因而常常适用于微流控器件、表面增强拉曼散射基底或器件、生物医学检测或功能器件、光电子器件、光学传感器件、新能源器件等，故越来越成为研究热点之一。而纳米透镜型阵列指的是以透镜型纳米结构作为结构单元并按照一定的构型排列的二维纳米结构。其性质不仅仅受到单个微透镜纳米结构的性质的影响，还受到阵列参数的影响。纳米透镜型阵列的构型、周期、材料等参数都会对最终的光学性质产生重要的影响。特别是结构在大面积范围内的均匀性将在很大程度上对阵列对光的集体性响应产生重要影响。目前，二维纳米结构的制备方法可以分为两大类：自下而上和自上而下。前者是在纳米粒子合成的基础上，对纳米粒子或是基底进行各种功能化修饰，再借助其它力学规律对纳米粒子进行组装。但是真正在厘米尺度上的均匀很难做到，同时，组装过程中所使用的各种功能化的分子对于进一步的使用都存在一定的干扰。自下而上的方法是对所有光刻类的加工方法的统称。其中电子束光刻、聚焦离子束刻蚀、飞秒激光辅助刻蚀等技术方法都可以归类为直写光刻技术，这类技术的共同特点是利用光源(电子束、离子束、飞秒激光光束)和计算机对电动平台的控制，实现衬底的图案化。过程十分耗时，而且商品化的仪器设备往往非常昂贵，难以实现对结构的大面积的加工制备，因此极大地影响了纳米结构在研究、开发、商品化等各方面的推广应用。全息光刻技术是利用激光干涉图案作为光刻的图案对光刻胶进行图案化，在对基底进行进一步图案化的一种方法。全息光刻技术在制备大面积、均匀的周期性结构方面拥有得天独厚的优势。但是这种优势也受限于具体的实施和操作。结构的大面积取决于干涉图案所能覆盖的面积，如果用的是利用激光光束直接进行干涉的话，干涉图案覆盖的面积也只有几个毫米，无法称之为大面积；结构的均匀性则受到更多因素的影响，其中最主要的是激光光斑的质量、整个光学系统的稳定性以及衬底自身的均匀性；另外，结构的周期则取决于激光的波长和激光干涉时的夹角。很难实现对纳米尺度结构的制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大面积、均匀的纳米透镜型阵列及其制备方法，工艺简单且适合商品化生产。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种大面积的纳米透镜型阵列的制备方法，包括以下步骤：(1)提供衬底，并对衬底进行清洁、活化；(2)在衬底上旋涂负性光刻胶形成光刻胶层；(3)采用可调紫外全息光刻技术对光刻胶层进行图案化曝光，所述可调紫外全息光刻技术的激光波长为深紫外的266nm，采用全息光学元件；(4)经过显影和定影，再使用氮气吹扫去除表面水分，得到光刻胶纳米透镜型阵列，所述光刻胶纳米透镜型阵列的周期为130nm-1μm；(5)以所得光刻胶纳米透镜型阵列为模板，采用各向异性金属沉积的方法对光刻胶模板进行金属化，得到金属纳米透镜型阵列。可选的，步骤(2)中，所述光刻胶层的厚度为0.2-1μm。可选的，步骤(3)中，通过调节曝光剂量来控制所述纳米透镜顶部到底部的高度，高度范围为10-100nm。可选的，步骤(5)中，所述沉积的金属层厚度为70-150nm。可选的，所述衬底包括单晶硅衬底，玻璃衬底，生长有多晶硅层、氧化硅层或氮化硅层的单晶硅衬底、玻璃衬底、金属衬底，生长有金属层的单晶硅衬底、玻璃衬底，聚二甲基硅氧烷衬底，聚苯乙烯衬底，以及生长有金属层的聚二甲基硅氧烷衬底、聚苯乙烯衬底。可选的，所述光刻胶为SU8，以及拥有相同成份的其它负性光刻胶，显影液是主要成分为丙二醇甲醚醋酸酯的商品化的SU8光刻胶专用显影液，定影液为分析纯级别的异丙醇，所使用氮气纯度为99.9％。可选的，全息光刻过程中的曝光剂量可以通过控制激光功率不变，改变曝光时间来调节；也可以通过控制曝光时间不变，来调节激光功率。可选的，所述各向异性的金属沉积可以采用商品化的电子束真空沉积的技术。金属的材料可以是金、银、铜等贵金属用于形成表面等离激元结构，也可以根据实际的需要选择其它金属。可选的，所述全息光刻元件的构型可以是由三个光栅按照两两呈120°排列以实现纳米透镜型阵列的六角排列，也可以是由四个光栅彼此呈90°排列以实现纳米柱阵列的正交排列。可选的，所述全息光刻元件上光栅的周期可以调节。一种由上述方法制备的大面积的纳米透镜型阵列，包括衬底、位于所述衬底之上的光刻胶层以及位于所述光刻胶层之上的金属层，所述光刻胶层的表面形成阵列式规则排列的透镜状起伏，所述金属层相应形成周期为130nm-1μm、高度范围为10-100nm的金属纳米透镜型阵列。本专利技术采用以上技术方案具有如下优点：1、采用波长为266nm的深紫外激光作为光源，可以制备纳米尺度的结构。2、采用全息光刻元件，极大程度减小了光路的复杂性，增大了系统的稳定性，对于制备均匀结构奠定了重要的前提。3、采用十分灵敏的负性的化学放大光刻胶可以实现对光刻胶结构的进一步调节。例如可以通过改变曝光计量来调节透镜型阵列的纳观形貌。4、光刻可以再几分钟之内大面积的完成制备，金属沉积也可以大批量的进行。因此突破了电子束光刻技术、聚焦离子束刻蚀技术以及飞秒激光辅助刻蚀技术在批量加工方面的限制。5、制备纳米透镜型阵列的方法，可以方便的选择沉积金属的种类，从而有利于进一步推广本专利技术在不同
的应用。6、所述纳米透镜型阵列的衬底可以为传统的硅基材料、玻璃，也可以是PDMS、PE等柔性衬底，这不仅能大大降低成本，同时有利于提高与其它部件的集成，因此对于促进纳米器件、微纳复合器件的研究和生产开发具有重要意义。7、制备的纳米透镜型阵列不仅仅有单个纳米透镜型结构的特点，还有周期性阵列的特点。特别是在选择沉积金、银、铜等贵金属时会得到表面等离激元阵列，当表面等离激元共振发生时，而呈现出的对光在大面积范围内的突破衍射极限的聚焦以及局部电磁场的增强效应，可以广泛的应用于表面增强光谱技术(表面增强荧光光谱、表面增强红外光谱、表面增强拉曼光谱等)以及生物、化学领域的传感检测技术，还可以推广到太阳能电磁、LED等光电器件的应用中。附图说明图1-4依次为步骤S01-S04所形成的结构的侧面的截面示意图；图5为纳米透镜型阵列的立体结构示意图；图6为纳米透镜型阵列的电子显微镜图片；图7为不同曝光剂量下得到的纳米透镜型阵列的电子显微镜图片，其中由1#—5#曝光剂量逐渐增加；图8示出了不同构型的全息光学元件，用于形成不同构型的纳米结构；图9示出了不同的光栅周期，其中由a至f光栅周期逐渐减小，这些光栅用于组成全息光学元件，并进一步的用于形成不同周期的纳米透镜型阵列；图10为大面积的纳米透镜型阵列与一元硬币的对比图，示出所述结构可以在平方厘米的尺度上均匀的制备。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。但本专利技术的实施方式不限于此。步骤S01，提供衬底1，如图1所示，对衬底进行清洗、活化。在本专利技术的实施例中，该衬底的作用是后续工艺提供支撑，该衬底可以是微加工工艺中的任一合适的衬底，可以为半导体衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大面积的纳米透镜型阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)提供衬底，并对衬底进行清洁、活化；(2)在衬底上旋涂负性光刻胶形成光刻胶层；(3)采用可调紫外全息光刻技术对光刻胶层进行图案化曝光，所述可调紫外全息光刻技术的激光波长为深紫外的266nm，采用全息光学元件；(4)经过显影和定影，再使用氮气吹扫去除表面水分，得到光刻胶纳米透镜型阵列，所述光刻胶纳米透镜型阵列的周期为130nm‑1μm；(5)以所得光刻胶纳米透镜型阵列为模板，采用各向异性金属沉积的方法对光刻胶模板进行金属化，得到金属纳米透镜型阵列。

【技术特征摘要】
1.一种大面积的纳米透镜型阵列的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)提供衬底，并对衬底进行清洁、活化；(2)在衬底上旋涂负性光刻胶形成光刻胶层；(3)采用可调紫外全息光刻技术对光刻胶层进行图案化曝光，所述可调紫外全息光刻技术的激光波长为深紫外的266nm，采用全息光学元件；(4)经过显影和定影，再使用氮气吹扫去除表面水分，得到光刻胶纳米透镜型阵列，所述光刻胶纳米透镜型阵列的周期为130nm-1μm；(5)以所得光刻胶纳米透镜型阵列为模板，采用各向异性金属沉积的方法对光刻胶模板进行金属化，得到金属纳米透镜型阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光刻胶层的厚度为0.2-1μm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，通过调节曝光剂量来控制所述纳米透镜顶部到底部的高度，所述高度范围为10-100nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：任斌，刘博文，刘守，王磊，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35