一种纳米透镜阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种纳米透镜阵列及其制备方法，其中一种纳米透镜阵列的其制备方法包括如下步骤：在衬底的一个表面上涂覆光刻胶，用具有圆孔阵列的掩膜板对所述光刻胶进行遮挡，然后对所述光刻胶进行曝光处理和显影处理，在所述衬底上得到具有圆孔阵列的光刻胶薄膜；对具有圆孔阵列的所述光刻胶薄膜的所述衬底镀金属层；将所述光刻胶薄膜从所述衬底剥离，得到金属圆盘阵列；在具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理，以使所述金属圆盘阵列熔化并缩聚成金属球体阵列，所述金属球体阵列作为衬底的刻蚀掩膜；对具有所述金属球体阵列的所述衬底进行干法刻蚀，得到纳米透镜阵列。该制备方法制备的纳米透镜阵列的成本低，且操作简单。单。单。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米透镜阵列及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种纳米透镜阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，微米甚至纳米尺寸光子器件的制备和应用成为一个重要发展方向。纳米结构及其阵列在光子领域具有分离出单个色心并且增强色心出光率的作用，在量子通讯，量子物理，电磁测量学等领域具有广泛应用前景。
[0003]基于固体色心单光子源的应用中光子信号强度较低，这主要是由于单光子源结构发射的光子大部分无法从介质材料中出射。而所使用的固体色心的材料如金刚石、碳化硅等具有较大的折射率，导致更加强烈的全反射效应。设计适用于避免全反射效应导致的光子出射的单光子源结构及其制备方法十分必要。单光子源结构包括色心和纳米透镜阵列，色心发射的光子通过纳米透镜阵列折射出去。目前，制备基于纳米透镜的单光子源主要利用电子束曝光和干法刻蚀结合的技术。但该纳米透镜阵列的制备方法所使用的电子束曝光机价格昂贵，制备成本高，并不能普及使用，对于大规模制备纳米透镜阵列具有一定的复杂性和局限性。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种纳米透镜阵列及其制备方法，以解决相关技术中需要通过电子束曝光机制备纳米透镜阵列，导致制备纳米透镜阵列的成本高的技术问题。
[0005]本专利技术提供的一种纳米透镜阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0006]在衬底的一个表面上涂覆光刻胶，用具有圆孔阵列的掩膜板对所述光刻胶进行遮挡，然后对所述光刻胶进行曝光处理和显影处理，在所述衬底上得到具有圆孔阵列的光刻胶薄膜；
[0007]对具有圆孔阵列的所述光刻胶薄膜的所述衬底镀金属层；
[0008]将所述光刻胶薄膜从所述衬底剥离，得到金属圆盘阵列；
[0009]在具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理，以使所述金属圆盘阵列熔化并缩聚成金属球体阵列，所述金属球体阵列作为所述衬底的刻蚀掩膜；
[0010]对具有所述金属球体阵列的所述衬底进行干法刻蚀，得到纳米透镜阵列。
[0011]进一步地，在所述在衬底的一个表面上涂覆光刻胶的步骤之前还包括：对所述衬底的表面进行酸洗，以清除所述衬底表面杂质。
[0012]进一步地，在所述具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理中，所述衬底倾斜设置。
[0013]进一步地，所述衬底的倾斜角度小于30
°
。
[0014]进一步地，在具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理是在真空环境或者惰性气体气氛中进行。
[0015]进一步地，所述对具有所述金属球体阵列的所述衬底进行干法刻蚀的步骤之后还
包括：
[0016]对干法刻蚀后的衬底进行酸洗，去除残余金属和其他杂质。
[0017]进一步地，所述金属圆盘阵列中的单个金属圆盘的直径为0.5um～5um。
[0018]进一步地，所述金属层的厚度为5nm～500nm。
[0019]进一步地，所述衬底的材质为金刚石、氮化镓和碳化硅。
[0020]本专利技术还提供一种纳米透镜阵列，所述纳米透镜阵列通过上述制备方法制备而成，所述纳米透镜阵列中各个纳米透镜的间距相同，且间距为0.5～50um。
[0021]本专利技术提供的一种纳米透镜阵列的制备方法，在具有金属圆盘阵列的衬底进行退火处理，金属圆盘阵列会熔化，由于熔融金属具有表面张力，以使金属圆盘阵列缩聚成金属球体阵列，在金属圆盘阵列缩聚过程中，单个金属圆盘的体积基本是不变的，单个金属球体的直径远远小于单个金属圆盘的直径，单个金属圆盘的直径长度从微米量级减小到金属球体直径的纳米量级，从而作为刻蚀掩膜。对具有所述金属球体阵列的所述衬底进行干法刻蚀，得到纳米透镜阵列。该制备方法只需要传统的曝光机结合传统的光刻技术就可以得到纳米透镜阵列，且制备的纳米透镜阵列的尺寸远远小于传统光刻机的最小分辨尺寸，无需通过价格昂贵的电子束曝光机进行光刻技术，避免电子束曝光技术在光刻胶上直写等复杂流程，使得该制备方法制备的纳米透镜阵列的成本低，且操作简单，适用于大规模制备纳米透镜阵列。
附图说明
[0022]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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例中纳米透镜阵列的俯视角度和侧视角度的示意图。
[0024]图2为本专利技术实施例中纳米透镜阵列制备方法中刻蚀和酸洗的示意图。
[0025]1、衬底；2、金属圆盘阵列；3、金属球体阵列；4、纳米透镜阵列。
[0026]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0029]另外，在本专利技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方
案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0030]在一些实施例中，如图1和图2所示，A为退火处理，B为刻蚀，C为酸洗。一种纳米透镜阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0031]S100、在衬底1的一个表面上涂覆光刻胶，用具有圆孔阵列的掩膜板对光刻胶进行遮挡，然后对光刻胶进行曝光处理和显影处理，在衬底1上得到具有圆孔阵列的光刻胶薄膜。具体地，衬底1选用表面光滑的色心载体材料。衬底1的材质为金刚石、氮化镓、碳化硅等色心载体材料。
[0032]S200、对具有圆孔阵列的光刻胶薄膜的衬底1镀金属层。具体地，金属圆盘阵列2中的单个金属圆盘的直径为0.5um～5um。更具体地，金属层的厚度为5nm～500nm。金属层的材料为延展性好且熔融时表面张力大的金属，例如金、银等。
[0033]S300、将光刻胶薄膜从衬底1剥离，得到金属圆盘阵列2。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米透镜阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底的一个表面上涂覆光刻胶，用具有圆孔阵列的掩膜板对所述光刻胶进行遮挡，然后对所述光刻胶进行曝光处理和显影处理，在所述衬底上得到具有圆孔阵列的光刻胶薄膜；对具有圆孔阵列的所述光刻胶薄膜的所述衬底镀金属层；将所述光刻胶薄膜从所述衬底剥离，得到金属圆盘阵列；在具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理，以使所述金属圆盘阵列熔化并缩聚成金属球体阵列，所述金属球体阵列作为所述衬底的刻蚀掩膜；对具有所述金属球体阵列的所述衬底进行干法刻蚀，得到纳米透镜阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述在衬底的一个表面上涂覆光刻胶的步骤之前还包括：对所述衬底的表面进行酸洗，以清除所述衬底表面杂质。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述具有所述金属圆盘阵列的所述衬底进行退火处理中，所述衬底倾斜设置。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱天飞，李珀，问峰，王宏兴，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：