利用低能離子轟擊在光刻膠表面誘導(dǎo)產(chǎn)生自組織納米波紋結(jié)構(gòu),將其作為掩模,與反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)相結(jié)合,在熔石英表面制備了亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)。與直接利用離子轟擊產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)相比,此方法制備的結(jié)構(gòu)顯著提高了自組織納米結(jié)構(gòu)的振幅和高寬比。這種具有表面亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的熔石英樣品在600～1300 nm波段范圍內(nèi)的透過(guò)率約為94%。初步結(jié)果顯示離子轟擊技術(shù)在功能性表面納米結(jié)構(gòu)制備方面極具潛力。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)學(xué)報(bào). 2020年17期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

基于離子轟擊的熔石英表面亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)制作流程圖

光刻膠表面波紋形貌隨離子轟擊時(shí)間變化的AFM結(jié)果如圖2所示,其中 圖2(a)為初始的光刻膠表面形貌,圖2(b)～2(e)所對(duì)應(yīng)的離子轟擊時(shí)間分別為10,20,30,50 min,對(duì)應(yīng)的離子通量分別為9×1017,1.8×1018,2.7×1018,4.5×1018 ions·cm-2。上述樣品的其他離子轟擊條件相同,即離子能量為400 eV,離子束流密度為240 μA/cm2,離子入射角為50°。根據(jù)圖2的AFM結(jié)果,分析了光刻膠表面波紋形貌的表面粗糙度和波長(zhǎng)隨離子轟擊時(shí)間的變化(如圖3所示)。由圖3可知,隨離子轟擊時(shí)間的增加,光刻膠表面納米波紋形貌呈現(xiàn)出先生長(zhǎng)而后趨于穩(wěn)定的演化規(guī)律。在離子轟擊時(shí)間低于30 min(離子通量小于2.7×1018 ions·cm-2)時(shí),納米波紋形貌的表面粗糙度值(均方根值,RMS)和波長(zhǎng)隨離子轟擊時(shí)間的增加而持續(xù)增長(zhǎng);而當(dāng)離子轟擊時(shí)間大于30 min(離子通量大于2.7×1018 ions·cm-2)時(shí),隨離子轟擊時(shí)間繼續(xù)增加,納米波紋形貌的表面粗糙度值和波長(zhǎng)都基本保持穩(wěn)定,這表明納米波紋形貌進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的飽和狀態(tài)。

本文使用的光刻膠樣品的初始厚度相同,約1000 nm,且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在相同的離子轟擊條件下,初始光刻膠的厚度對(duì)離子轟擊誘導(dǎo)的光刻膠表面形貌幾乎沒(méi)有影響。此外,在總的離子通量和其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)保持不變時(shí),離子束流密度基本不影響光刻膠表面波紋形貌的特征,但是增加離子束流密度能夠減少納米波紋結(jié)構(gòu)形成的時(shí)間,提高圖形的生成效率。以光刻膠表面處于穩(wěn)定狀態(tài)的納米波紋結(jié)構(gòu)為掩模,結(jié)合RIBE技術(shù)將圖形轉(zhuǎn)移至熔石英表面,圖4是各關(guān)鍵環(huán)節(jié)后的樣品表面的AFM觀察結(jié)果。初始光刻膠薄膜經(jīng)能量為400 eV,離子束流密度為280 μA/cm2的Ar離子束以50°的入射角轟擊20 min后,在其表面產(chǎn)生自組織納米波紋結(jié)構(gòu),如圖4(a)所示, 光刻膠波紋的平均周期為105 nm±10 nm,振幅為26 nm±3 nm,圖形高寬比為0.25。為了獲得較好的圖形轉(zhuǎn)移效果,使用氧等離子體刻蝕對(duì)光刻膠納米波紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾,即在不改變光刻膠納米波紋結(jié)構(gòu)特征的同時(shí)去除波紋底部的光刻膠,如圖4(b)所示,修飾后的波紋結(jié)構(gòu)平均周期為100 nm±5 nm,振幅約為30 nm±5 nm,圖形高寬比約0.3。最后利用RIBE(工作氣體為Ar和CHF3,氣體體積比為2∶3)對(duì)熔石英和光刻膠刻蝕的高選擇比特性(可達(dá)5∶1),將光刻膠表面納米波紋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至熔石英表面,顯著提高了亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的振幅和高寬比,如圖4(c)所示,與光刻膠表面的自組織納米波紋結(jié)構(gòu)相比,熔石英表面納米結(jié)構(gòu)的周期展寬至160 nm±30 nm,同時(shí)振幅增加至120 nm±20 nm,比光刻膠波紋結(jié)構(gòu)的周期和振幅分別提高了約1.6倍和4倍,熔石英表面亞波長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的高寬比達(dá)到約0.75,提高了近3倍。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單晶硅柱面反射鏡離子束傾斜入射加工工藝優(yōu)化[J]. 宋辭,田野,石峰,張坤,沈永祥.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2020(12)
[2]光纖通信波段微光學(xué)件的抗反射納米結(jié)構(gòu)[J]. 皮頓,單子豪,吳興坤.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2020(06)
[3]基于亞波長(zhǎng)人工微結(jié)構(gòu)的電磁波減反增透研究進(jìn)展[J]. 姚堯,沈悅,郝加明,戴寧.  物理學(xué)報(bào). 2019(14)
[4]低能Kr+離子束誘導(dǎo)藍(lán)寶石晶體實(shí)驗(yàn)研究[J]. 費(fèi)芒芒,陳智利,劉衛(wèi)國(guó),劉雨昭,惠迎雪.  光子學(xué)報(bào). 2019(06)
[5]Ag納米結(jié)構(gòu)局域表面等離激元共振模擬與分析[J]. 賴淑妹,黃志偉,王仰江,陳松巖.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(12)



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