【摘要】：在“紫外／熱壓固化多功能納米壓印機的研制”部分,根據(jù)納米壓印的技術與工藝特點,自主設計與研制紫外／熱壓固化多功能納米壓印機。利用壓印過程的真空環(huán)境,既可以減少壓印缺陷以提高壓印質量,同時有利于紫外固化膠材料的快速固化；納米壓印的驅動力來源于壓縮空氣,利用具有一定壓力的高壓氣體,通過獨創(chuàng)性的高壓艙結構(它以具有一定伸縮行程的焊接波紋管和具有一定彈性系數(shù)的鋼性彈簧為核心部件構成),對壓印氣體進行傳導、緩沖、均壓以及調控；巧妙地利用了真空腔在抽真空的初期產生的負壓逐漸由小到大,使與波紋管相連接的壓印平臺緩慢平穩(wěn)上升,實現(xiàn)壓印基準面石英板的“軟接觸”,減輕壓力的沖擊效應,從而保證壓印精度與質量,提高壓印模板的使用壽命等；采用多項獨創(chuàng)的有效措施(焊接波紋管系統(tǒng)、銅半球環(huán)調控結構以及環(huán)形鋼珠調控結構)解決了壓印過程中壓印樣品與壓印基準面石英板的找平與自動調節(jié)技術難題,增大找平調節(jié)范圍,使找平調節(jié)更靈活；壓印基準面選用高平整度、超光滑、雙面拋光的石英平板；結合石英窗口、高壓汞燈、可控溫鎧裝加熱絲電爐以及冷卻水裝置等部件,實現(xiàn)納米壓印的紫外曝光固化與熱壓快速固化的兩種壓印技術模式；納米壓印功能的實施采用手動工作、維護檢修以及全自動工作三種操作模式,自動控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器(PLC)為控制單元,具備各種顯示、數(shù)據(jù)輸入與操作功能界面的觸摸屏作為數(shù)據(jù)顯示和操作指令輸入單元；本課題研制的納米壓印機,功能齊全,結構合理,操作簡便,性能可靠穩(wěn)定,自動化程度高,適合于科研與小批量生產,用于制備大面積高精度納米結構圖案與功能器件。 在“基于納米壓印技術的自支撐金透射光柵的設計與研制”部分,利用納米壓印技術,結合反應離子刻蝕、微電鍍、紫外光刻、濕法腐蝕、等離子體刻蝕等工藝過程完成了200nm周期金的自支撐透射光柵的研制。利用納米壓印雙層膠工藝體系成功實現(xiàn)了光柵的圖案轉移,轉移后的光柵周期為200nm,占空比約為1：1,高度100nm。通過對反應離子刻蝕工藝過程中的主要工藝參數(shù)的探索,成功地獲得了紫外光固化膠和PMMA分別在CHF3和O：環(huán)境下的最佳刻蝕參數(shù)以及此參數(shù)下的刻蝕速率：利用兩步刻蝕法,對壓印雙層膠工藝體系最終得到了350nm槽深的高分子光柵圖案。在亞微米微電鍍工藝過程中,通過大量的工藝探索,獲得了亞硫酸金鹽脈沖鍍金的較好的鍍液配方和工藝參數(shù),實現(xiàn)了在高分子光柵空白硅襯底處鍍出200nm周期、占空比約為1：1、光柵高度約300nm的金屬光柵結構。通過光刻工藝過程來制作光柵的支撐結構,成功制備出周期分別為4μm和150μm的網(wǎng)格狀金支撐結構。選擇了較為適宜的腐蝕液和腐蝕條件對光通窗口內的硅進行腐蝕,最終制備出了面積為5mm×8mm、周期200nm、占空比約為1：1、光柵高度約300nm的金自支撐透射光柵,填補了國內空白,為金屬自支撐透射光柵的制備提供了一個高效、低成本的方法；并對其表面微結構與對同步輻射X射線衍射效率做了相應的表征與測試分析。 在“一維光子晶體/金屬薄膜結構中的表面電磁波特性的研究”部分,對一維光子晶體(1DPC)/金屬薄膜結構中所激發(fā)的新型表面電磁波的物理特性進行了較系統(tǒng)與全面的理論與實驗研究。存在于有限周期1DPC帶隙內的表面波是不同于SPs的一種新的表面電磁波,與金屬表面的SPs只能產生TM模式的表面波相比,1DPC表面既可以產生TM模式的表面波,也可以產生TE模式的表面波；通過1DPC材料與結構參數(shù)的選擇,這種表面模可以在任意頻率范圍內產生；這種局域的表面模的表面場增強效應更強,因此與入射光的共振耦合強度也就更強；同時,這種表面波沿表面?zhèn)鬏敃r能量損耗更小,因此傳輸距離更長。有限周期1DPC/金屬薄膜結構帶來了激發(fā)耦合表面電磁波的新原理、新方法與新的結構形式,這種表面電磁波的激發(fā)使其成為輻射型表面波的過程可以從1DPC/金屬薄膜結構的1DPC帶隙內的異常透射現(xiàn)象給予證實；該異常透射峰的位置主要由帶隙頻率、1DPC最表面材料狀況等因素決定,這也意味著被激發(fā)的表面波的頻率同樣取決于這些因素；透射峰值的大小(共振耦合的強度)則主要由1DPC的周期數(shù)和金屬薄膜的厚度決定,二者的選擇原則是既要使兩消逝波在表面產生足夠強的局域場增強效應,同時又要使消逝波能夠到達界面產生共振耦合。從表面波色散曲線可以看出,在任意入射角度的電磁波到達界面時,都同樣能激發(fā)不同頻率的TE表面波,但TM表面波的激發(fā)只能在入射角小于Brewster角時產生。發(fā)現(xiàn)兩個特異的現(xiàn)象：一是從反射或透射譜可以看出,TM表面波在入射角大于Brewster角時仍然存在,這一點與前述不同；另外一點,隨著入射角度的增大,TM表面波出現(xiàn)了異常透射增加的現(xiàn)象,這與TE表面波完全不同。對TE表面波來講,可以利用吸收率的增減推斷表面波沿表面?zhèn)鬏斁嚯x的長短。作者從理論上預測有限周期1DPC表面可能產生類似的Goos-Hass位移,可通過它來研究TE和TM表面波的不同的傳輸特性。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH16;TB383.1

【參考文獻】

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