CN104049287A - 一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法。其中亚波长抗反射结构器件包括平顶亚波长抗反射结构，所述平顶亚波长抗反射结构包括基底和刻蚀在所述基底之上的平顶表面微结构；所述亚波长抗反射结构器件还包括以倾斜入射沉积方式获得的在所述平顶表面微结构之上的非平顶结构；所述非平顶结构与所述基底材质相同。本发明的亚波长抗反射结构器件，与现有技术相比，能够增强现有技术中平顶亚波长抗反射结构的抗反射效果。

Description

一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及亚波长抗反射光学技术领域，尤其涉及一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法。

背景技术

为了降低光学窗口的表面反射，传统的方法是在基底表面制备单层或多层抗反射薄膜。但对于这种方法存在诸多问题，如附着性、稳定性差、抗蚀性弱、热胀失配、组分渗透和扩散以及可选择膜料有限等问题。

近年来，亚波长抗反射结构作为一种新型的光学增透方法越来越受到人们的青睐。一般而言，其结构尺寸接近或小于光波波长的周期性结构。由于基底与表面抗反射结构属于同种材料，因而不存在附着性、抗蚀性、稳定性、热胀失配、组分渗透和扩散等问题。而且，通过改变亚波长结构的形貌，能够达到改变抗反射层的等效折射率目的。

但是，根据等效介质理论，圆柱、圆台或棱柱等具有平顶结构的抗反射形貌可以等效于一层单层薄膜，从而造成平顶亚波长抗反射结构的抗反射效果一般很有限。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种亚波长抗反射结构器件及其制备方法，用以增强现有技术中平顶亚波长抗反射结构的抗反射效果。

本发明提供一种亚波长抗反射结构器件，包括平顶亚波长抗反射结构，所述平顶亚波长抗反射结构包括基底和刻蚀在所述基底之上的平顶表面微结构；所述亚波长抗反射结构器件还包括以倾斜入射沉积方式获得的在所述平顶表面微结构之上的非平顶结构；所述非平顶结构与所述基底材质相同。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述非平顶结构的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述基底材料包括石英，玻璃，蓝宝石、或者由硅、锗、硫化锌或硒化锌制成的红外光学窗口。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述平顶表面微结构的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述倾斜入射的方式中倾斜的角度包括在0～60度之间。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述非平顶结构的厚度小于或者等于所述平顶表面微结构的高度。

可选地，上述所述的亚波长抗反射结构器件中，所述沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。

本发明还提供一种亚波长抗反射结构器件的制备方法，包括如下步骤：

清洗平顶亚波长抗反射结构器件的基底之上的平顶表面微结构的表面，去除杂质污染；

在清洗后的所述平顶亚波长抗反射结构器件的所述平顶表面微结构表面，以倾斜沉积的方式获得非平顶结构，所述非平顶结构与所述基底材质相同。

可选地，如上所述的方法中，所述非平顶结构的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形；和/或

所述倾斜入射的方式中倾斜的角度包括在0～60度之间；和/或

所述非平顶结构的厚度小于或者等于所述平顶表面微结构的高度。

可选地，如上所述的方法中，所述平顶表面微结构的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合；和/或

所述沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。

本发明的亚波长抗反射结构器件，与现有技术相比具有如下优点：本发明的亚波长抗反射结构器件能够增强现有技术中平顶亚波长抗反射结构的抗反射效果；本发明的亚波长抗反射结构器件制备方法与现有技术相比具有如下优点：

1)操作简单、方便，可在不破坏器件原有平顶亚波长抗反射结构器件的基础上，实现大面积低成本具有非平顶形状的亚波长结构制备；

2)由于非平顶结构膜层制备是在高真空环境下进行，从而有效避免了传统化学清洗可能引入的外部污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例提供的平顶亚波长抗反射结构的剖面示意图。

图2为本发明实施例提供的亚波长抗反射结构器件的剖面示意图。

图3是图1和图2所示亚波长抗反射结构光学透射性能的测试曲线图。

图4为本发明实施例提供的亚波长抗反射结构器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中的平顶亚波长抗反射结构的抗反射效果一般很有限的缺陷，如何在平顶亚波长抗反射结构基础上尽可能改善其结构形貌，获得等效折射率呈渐变分布的抗反射结构具有很好实际应用价值。由于镀膜过程中存在阴影效应，当入射粒子以不同角度入射到抗反射结构表面时，其不同部位的沉积速率存在一定程度的差异，一般而言，顶部沉积速率要高于底部和侧面的沉积速率。随着薄膜沉积厚度的不断增加，结构顶部会逐渐趋于弧状，此时可等效为一种多层薄膜系统，这对于改善结构的抗反射性能有一定帮助。不同部位的平均沉积速率可通过改变粒子入射沉积角的方式加以合理调控。基于以上，本发明提供一种亚波长抗反射结构器件，其在现有的平顶亚波长抗反射结构器件的平顶之上再以倾斜入射沉积的方式，沉积一定厚度薄膜，由于是倾斜入射，存在一定的在阴影效应，随着厚度的增加，在原平顶微结构表面将会产生具有弧形或者圆锥形貌结构，以增强亚波长抗反射结构器件的抗反射性能。

图1为本发明实施例提供的平顶亚波长抗反射结构的剖面示意图。图2为本发明实施例提供的亚波长抗反射结构器件的剖面示意图。如图2所示，本实施例的亚波长抗反射结构器件，包括图1所示的平顶亚波长抗反射结构，如图1所示，平顶亚波长抗反射结构包括基底1和刻蚀在基底1之上的平顶表面微结构2；也就是说基底1和刻蚀在基底1之上的平顶表面微结构2是一个一体化结构。如图2所示，亚波长抗反射结构器件还包括以倾斜入射的方式，获得在平顶表面微结构2之上的非平顶结构3；非平顶结构3与基底1材质相同。

需要说明的是，本实施例中，平顶表面微结构2在基底1上的分布是规整，亦可为非规整的。

可选地，本实施例中非平顶结构2的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形。由于以倾斜入射的方式在平顶表面微结构2之上沉积的非平顶结构3的薄膜过程中存在阴影效应，当要沉积的入射粒子以不同角度入射到平顶表面微结构2表面时，其不同部位的沉积速率存在一定程度的差异，一般而言，顶部沉积速率要高于底部和侧面的沉积速率。随着沉积厚度的不断增加，结构顶部会逐渐趋于弧状(即形成非平顶结构3)，此时可等效为一种多层薄膜系统，从而改善结构的抗反射性能。而且，需要说明的是，虽然本实施例中，主要采用非平顶结构3改善亚波长抗反射结构器件的抗反射性能，但是在以倾斜入射的方式沉积获得在平顶表面微结构2之上的非平顶结构3的过程中，基底1之上也会沉积有入射粒子，从而会增加基底1的厚度。

可选地，本实施例中的基底1材料包括石英，玻璃，蓝宝石、或者由硅、锗、硫化锌或硒化锌制成的红外光学窗口。

可选地，本实施例中的平顶表面微结构2的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合。

可选地，本实施例中的倾斜入射的方式中倾斜的角度包括在0～60度之间，具体可以根据实际需求来调整。

可选地，本实施例中的非平顶结构3的厚度小于或者等于平顶表面微结构2的高度。

可选地，本实施例中的沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。

可选地，本实施例中的平顶表面微结构2在基底1上的分布是规整，亦可为非规整的。

本发明实施例提供的亚波长抗反射结构器件，通过采用上述结构，在平顶亚波长抗反射结构的平顶表面微结构2之上，以倾斜入射的方式沉积与基底1材质相同的膜料，获得非平顶结构3，在不改变平顶亚波长抗反射结构的基础上，提高亚波长抗反射结构器件整体抗反射性能。

图3是图1和图2所示亚波长抗反射结构光学透射性能的测试曲线图。如图3所示，其中A为如图1所示的平顶亚波长抗反射结构的光学透射性能，B为如图2所示的亚波长抗反射结构器件的光学透射性能，由图3所示，由于结构形貌得改善，在波长大于某一值时，图2所示的亚波长抗反射结构器件的光学增透效果明显好于图1所示的平顶亚波长抗反射结构的光学增透效果。

图4为本发明实施例提供的亚波长抗反射结构器件的制备方法的流程图。如图4所示，本实施例的亚波长抗反射结构器件的制备方法，具体可以包括如下步骤：

100、清洗平顶亚波长抗反射结构器件的基底之上的平顶表面微结构的表面，去除杂质污染；

101、在清洗后的平顶亚波长抗反射结构器件的平顶表面微结构表面，以倾斜沉积的方式沉积非平顶结构；

该过程在高真空环境下进行，避免传统化学清洗可能引入的外部污染。本实施例中非平顶结构与基底材质相同，这个非平顶结构有一定的厚度。

可选地，本实施例的制备方法中，非平顶结构的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形。

可选地，本实施例的制备方法中，倾斜入射的方式中倾斜的角度包括在0～60度之间。

可选地，本实施例的制备方法中，非平顶结构的厚度小于或者等于平顶表面微结构的厚度。

可选地，本实施例的制备方法中，平顶表面微结构的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合。

可选地，本实施例的制备方法中，沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。

需要说明的是，上述所有可选技术方案，可以采用可以结合的方式任意组合形成本发明的可选技术方案，在此不再一一赘述。

本实施例的亚波长抗反射结构器件制备方法，与现有技术相比，不仅操作简单、方便，可在不破坏器件原有平顶亚波长抗反射结构器件的基础上，实现大面积低成本具有非平顶形状的亚波长结构制备；而且由于非平顶结构膜层制备是在高真空环境下进行，从而有效避免了传统化学清洗可能引入的外部污染。且本实施例制备的亚波长抗反射结构器件，在不改变平顶亚波长抗反射结构的基础上，提高亚波长抗反射结构器件整体抗反射性能。

下面介绍一种亚波长抗反射结构器件的制备方法。

首先，制备平顶亚波长抗反射结构，在石英基底单侧表面蒸镀10nm厚度Au膜，再经600度N2环境高温退火3min，得到的了相对较好的表面掩模层。其中，表面掩模层的获得可以是多种方法，如高温热退火金属膜，自主装纳米颗粒、光学光刻掩模等方式。

然后使用反应离子束刻蚀技术在基底上刻蚀平顶表面微结构，得到表面随机柱状抗反射结构。其中平顶表面微结构的制备方法可以是离子束刻蚀、湿法刻蚀、聚焦离子束以及激光刻蚀。基底的选材上也具有广泛性，只要需要具有一定的光谱透明功能且存在与其折射率相近的同类膜料即可。然后得到的初成品应进行清洗处理，以除去残余表面的材料，去除方式可选择多种形式，以去除干净且保证亚波长结构完整性为准，本实施例中使用了内部配制的去金溶液以去除表面残余的Au成分。

紧接着，在平顶表面微结构之上沉积非平顶结构3的过程，清洗干净的平顶亚波长抗反射结构的样品置于粒子束溅射镀膜仪器中。非平顶结构3的获得过程中，使用行星旋转的方式，沉积粒子与基底法线构成的入射角度大约为10度，溅射前溅射室的真空度为3.0×10-5Pa，射束电压1250V，射束电流600mA，制备室温度40℃，工作气体为99.999％的Ar，沉积的SiO2薄膜厚度为150nm±2nm。上述技术方案还可进一步优化。其中，根据基底材料的不同，表面沉积的薄膜种类也存在差异性。例如石英、玻璃表面可沉积SiO2薄膜，蓝宝石基底表面应沉积Al2O3薄膜。沉积非平顶结构的方法至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。非平顶结构厚度及沉积角度、速率，因沉积方式、膜料或靶材特性、设备工作条件不同而不同，以获得尽可能逼近锥形轮廓的抗反射结构为准。一般其沉积厚度小于1倍的平顶表面微结构的高度。同时，可加入行星旋转，挡板修正等以改善大面积表面沉积的均一性。此外，在基底及平顶表面微结构上制备平顶表面微结构的方法还可以是电子束蒸发、热蒸发、原子或电化学沉积。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种亚波长抗反射结构器件，其特征在于，包括平顶亚波长抗反射结构，所述平顶亚波长抗反射结构包括基底和刻蚀在所述基底之上的平顶表面微结构；所述亚波长抗反射结构器件还包括以倾斜入射沉积方式获得的在所述平顶表面微结构之上的非平顶结构；所述非平顶结构与所述基底材质相同。

2.根据权利要求1所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述非平顶结构的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形。

3.根据权利要求1所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述基底材料包括石英，玻璃，蓝宝石、或者由硅、锗、硫化锌或硒化锌制成的红外光学窗口。

4.根据权利要求1所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述平顶表面微结构的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合。

5.根据权利要求1所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述倾斜入射沉积方式中倾斜角度包括在0～60度之间。

6.根据权利要求1所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述非平顶结构的厚度小于或者等于所述平顶表面微结构的高度。

7.根据权利要求1-6任一所述的亚波长抗反射结构器件，其特征在于，所述沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。

8.一种如上所述的亚波长抗反射结构器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

清洗平顶亚波长抗反射结构的基底之上的平顶表面微结构的表面，去除杂质污染；

在清洗后的所述平顶表面微结构的表面，以倾斜沉积的方式获得非平顶结构，所述非平顶结构与所述基底材质相同。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非平顶结构的顶部的剖面为锥形、弧形或者半圆形；和/或

所述倾斜入射的方式中倾斜的角度包括在0～60度之间；和/或

所述非平顶结构的厚度小于或者等于所述平顶表面微结构的高度。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述平顶表面微结构的形状至少包括圆柱、圆台或棱柱的一种或几种混合；和/或

所述沉积的方式至少包括电子束蒸发、溅射、热蒸发、原子或电化学沉积。