一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法，涉及光学器件技术领域，该纳米级图案化金属阵列包括硅基衬底和纳米级图案化金属颗粒阵列；所述纳米级图案化金属颗粒阵列包括多个纳米级金属颗粒，且所有所述纳米级金属颗粒按照周期排列在所述硅基衬底上；从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、L形、U形中的一种或多种。本发明专利技术能够增强非线性效应，较好实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面的调控。场强度以及偏振形式等方面的调控。场强度以及偏振形式等方面的调控。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光学器件
，特别是涉及一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属，如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等良导体，广泛应用于电子传输
当光波照射上述金属并且满足一定波矢匹配条件时，金属表面自由电子在光波驱动下发生集体振荡，而这些振荡的自由电子又会产生磁场，继续耦合作用于自由电子，从而使光波同自由电子相互耦合。其中，入射光使得金属表面的自由电子发生集体振荡的现象，被称为表面等离激元，即表面等离激元(Surface Plasmon，SP)是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用形成的电磁振荡。
[0003]集成光子电路中的核心应用是全光逻辑计算和全光信号处理；全光信号处理可以使用芯片上的光计算单元来实现，而全光逻辑计算通常需要光学器件具有相当大的非线性响应，往往需要较高的操作光强度，目前相关技术无法满足上述要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法，能够增强非线性效应，较好实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面的调控。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种纳米级图案化金属阵列，包括硅基衬底和纳米级图案化金属颗粒阵列；
[0007]所述纳米级图案化金属颗粒阵列包括多个纳米级金属颗粒，且所有所述纳米级金属颗粒按照周期排列在所述硅基衬底上；
[0008]从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、L形、U形中的一种或多种。
[0009]可选的，所述纳米级图案化金属颗粒阵列是在所述硅基衬底上利用微加工技术制备的纳米级金属阵列。
[0010]可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时，所述正方形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为230nm
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280nm。
[0011]可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时，所述长方形的长为144nm，所述长方形的宽为137nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm。
[0012]可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时，所述正三角形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm。
[0013]可选的，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗
粒的形状均为L形时，所述L形的第一边的长为300nm，所述L形的第二边的长为100nm，所述L形的第三边的长为133nm，所述L形的第四边的长为100nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm；其中，所述L形是由所述第一边、所述第二边、第五边、所述第三边、所述第四边和第六边依次连接后围成的形状，且所述第一边垂直于所述第二边，所述第一边平行于所述第五边，所述第一边垂直于所述第三边，所述第一边平行于所述第四边，所述第一边垂直于所述第六边。
[0014]可选的，所述U形包括第一长方形区域、第二长方形区域和第三长方形区域；其中，所述第一长方形区域和所述第三长方形区域相同，且所述第一长方形区域为所述U形的第一侧壁，所述第三长方形区域为所述U形的第二侧壁，所述第二长方形区域为所述U形的底部；
[0015]从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为U形时，所述第一长方形区域的长为256nm，所述第一长方形区域的宽为100nm，所述第二长方形区域的长为133nm，所述第二长方形区域的宽为100nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm。
[0016]可选的，所述硅基衬底包括衬底、设置在所述衬底上的二氧化硅层以及设置在所述二氧化硅层上的硅层。
[0017]一种纳米级图案化金属阵列的制备方法，包括：
[0018]对硅基衬底进行预处理；
[0019]在预处理后的硅基衬底上涂抹光刻胶，并利用激光技术对涂抹光刻胶的硅基衬底进行加工处理，以在硅基衬底上构建三维光刻胶结构；
[0020]采用电子束曝光所述三维光刻胶结构后，对显影后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，进而得到纳米级图案化金属阵列；
[0021]其中，从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、L形、U形中的一种或多种。
[0022]可选的，所述采用电子束曝光所述三维光刻胶结构后，对显影后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，进而得到纳米级图案化金属阵列，具体包括：
[0023]采用电子束曝光所述三维光刻胶结构，得到显影后的三维光刻胶结构；
[0024]在所述显影后的三维光刻胶结构上溅射金属；
[0025]对溅射金属后的三维光刻胶结构进行蒸镀金属处理，得到初步纳米级图案化金属阵列；
[0026]采用干法去除所述初步纳米级图案化金属阵列中的光刻胶，得到最终的纳米级图案化金属阵列。
[0027]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0028]本专利技术提供了一种纳米级图案化金属阵列及其制备方法，本专利技术设计了纳米级图案化金属颗粒和纳米级图案化金属颗粒的阵列排布，具有图案化金属颗粒和阵列排布方式多样化、灵活性高、且图案化金属颗粒之间间隔小等优点，可以将光场能量高度局域在金属表面，并表现出近场增强性，较好实现对光波的传输方向、局域场强度以及偏振形式等方面的调控。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术纳米级图案化金属阵列结构示意图；
[0031]图2为本专利技术当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时纳米级金属颗粒排列示意图；
[0032]图3为本专利技术当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时纳米级金属颗粒排列示意图；
[0033]图4为本专利技术当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时纳米级金属颗粒排列示意图；
[0034]图5为本专利技术当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为L形时纳米级金属颗粒的结构示意图；
[0035]图6为本专利技术当纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为U形时纳米级金属颗粒的结构示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，包括硅基衬底和纳米级图案化金属颗粒阵列；所述纳米级图案化金属颗粒阵列包括多个纳米级金属颗粒，且所有所述纳米级金属颗粒按照周期排列在所述硅基衬底上；从俯视角度出发，所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状为正方形、长方形、三角形、L形、U形中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，所述纳米级图案化金属颗粒阵列是在所述硅基衬底上利用微加工技术制备的纳米级金属阵列。3.根据权利要求1所述的一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正方形时，所述正方形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为230nm
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280nm。4.根据权利要求1所述的一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为长方形时，所述长方形的长为144nm，所述长方形的宽为137nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm。5.根据权利要求1所述的一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为正三角形时，所述正三角形的边长为105nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm。6.根据权利要求1所述的一种纳米级图案化金属阵列，其特征在于，从俯视角度出发，当所述纳米级图案化金属颗粒阵列中的纳米级金属颗粒的形状均为L形时，所述L形的第一边的长为300nm，所述L形的第二边的长为100nm，所述L形的第三边的长为133nm，所述L形的第四边的长为100nm，相邻所述纳米级金属颗粒之间的距离的取值范围为80nm
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120nm；其中，所述L形是由所述第一边、所述第二边、第五边、所述第三边、所述第四边和第六边依次连接后围成的形状，且所述第一边垂直于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，张梦雨，王逸松，李铭晖，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：