CN108793068A - 一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法 - Google Patents

一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法。本发明双层矩形孔微纳结构的制备方法包括：设计图形、准备基底、镀镍、镀金、镀介质层、镀金和轰击七个步骤，采用先蒸镀各纳米层，然后利用聚焦离子束(Focused Ion beam，简称FIB)精确的进行矩形孔刻蚀的制备方法，解决了现有技术中存在的双层矩形孔微纳结构中由于技术和实验误差的限制，上下两层的矩形孔很难校准的问题，达到了简化制备工艺、降低制备难度和降低成本的效果。

Description

一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法
技术领域
本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法。
背景技术
天然手性分子在生物医药领域被广泛利用，但天然手性分子的信号非常弱，这就给天然手性分子的进一步研究与利用造成了很大的障碍。目前，天然手性分子的探测主要是通过该分子的非对称传输(Asymmetric Transmission，AT)信号来进行探测，但由于天然手性分子的手性很弱，故而其非对称传输信号也非常微弱，探测难度较大。目前解决的办法主要是通过制备非对称传输效应比较强烈的人造金属微纳结构与天然手性分子结合增加其手性信号。
人造金属微纳结构按照其结构分为平面结构、双层结构和多层结构，平面结构制备简单，但AT信号也最弱；双层和多层结构AT信号强，但制备复杂。单层孔缝结构是比较常见的一种基本结构，但研究发现将两个矩形孔结构上下组合，利用两层间的耦合，可以达到级联放大的效果，尤其是当两层结构上的矩形孔正对时，该结构的AT信号可达到最大，AT＝39％。由于目前的技术限制，该结构主要还停留在理论研究阶段，主要是因为该结构在制备过程中需要对两个单层结构分别进行曝光，然后再将两层纳米结构进行精密组合，因该结构本身为纳米级别，在进行双层纳米结构组合时，由于仪器精度和实验误差的限制，上下两层的矩形孔很难完全校准，误差较大，很难达到该结构AT信号的理论值，这就给实际制备与应用造成了很大障碍，限制了对其进一步的深入研究与利用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的双层矩形孔微纳结构中上下两层的矩形孔很难校准的问题，本发明提供了一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法，采用先蒸镀各纳米层，然后利用FIB技术精确的进行矩形孔刻蚀，达到了降低制备难度、简化制备工艺和降低实验成本的效果。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，设计图形：用图形发生器设计双层矩形孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；
步骤3，镀镍：将步骤2吹干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中利用电子束蒸发法蒸镀金属镍，形成镍层；
步骤4，镀金：在步骤3形成的镍层上继续利用电子束蒸发法蒸镀金，形成第一纳米层；
步骤5，镀介质层：在形成的第一纳米层上继续利用电子束蒸发法蒸镀二氧化硅，形成第二纳米层；
步骤6，镀金：在形成的第二纳米层上继续蒸镀金，形成第三纳米层；
步骤7，轰击：调控离子束轰击形状为步骤1所述的矩形孔形状，利用聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)技术，得到所述产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构。
进一步地，所述第一纳米层、第二纳米层和第三纳米层周期均相等：长度＝宽度＝560～720nm。
进一步地，所述第一纳米层和第三纳米层厚度相等；所述第二纳米层的厚度＝100～130nm；所述第二纳米层厚度大于第一纳米层厚度。
进一步地，步骤3中，蒸镀镍的厚度为5～10nm。
进一步地，所述步骤2具体操作为：准备尺寸为20.0mm长×20.0mm宽×2.0mm厚的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，依次用去离子水、丙酮和无水酒精各超声15min后，然后用去离子水超声清洗5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。
进一步地，所述步骤7中离子束采用镓离子束。
进一步地，所述基底可倾斜放置。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本申请实施例由于采用了先蒸镀各纳米层，然后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀的方法，相比于传统工艺需要多次甩胶，且需要应用电子束曝光两次，尤其是在双层结构组合时，由于目前技术的限制和系统误差的制约，很难使得上下两层矩形孔完全对齐，制备工艺复杂，且对实验仪器和操作人员的要求很高，本申请实施例将制备工艺简化，无需多次甩胶、两次曝光和精密的校准步骤，只需在蒸镀完各纳米层后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀即可，对操作人员要求低，达到了简化制备工艺、降低制备难度和降低成本的效果。
(2)本申请实施例利用先蒸镀各纳米层，然后利用各FIB技术进行矩形孔刻蚀的制备工艺，减少实验对准时的系统误差，保证了上下两层矩形孔直接可以严格对齐，保证了制备结构的精密度，从而保证了该结构的强非对称传输效果。
(3)本申请实施例基底为玻璃基底，可方便倾斜，方便地制备不同倾斜角度的纳米孔洞结构，为日后研究入射光从不同角度照射激发和不同倾斜角度的矩形孔对AT效应的影响提供结构基础，提升了该结构的实际应用宽度。
(4)本申请实施例采用了先蒸镀各纳米层，然后再利用FIB技术进行轰击穿孔的方法，将两次曝光曝光简化为一次，且在蒸镀纳米层时在蒸镀腔中可以一次完成，避免了将样品拿出曝光工序时污染样品和外界条件的影响，保证了样品的清洁度和制备的精度。
附图说明
图1为本申请实施例用图形发生器设计的双层矩形孔微纳结构图形；
图2为本申请实施例准备的玻璃基底结构示意图；
图3为本申请实施例步骤6中蒸镀完各纳米层后的结构示意图；
图4为本申请实施例步骤7中利用FIB轰击时的结构示意图。
其中，1、玻璃基底；2、镍层；3、第一纳米层；4、第二纳米层；5、第三纳米层。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的双层矩形孔微纳结构中上下两层的矩形孔很难校准的问题，本申请实施例提供了一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法，采用先蒸镀各纳米层，然后利用FIB技术精确的进行矩形孔刻蚀，达到了简化制备工艺、降低制备难度和降低成本的效果。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本申请实施例公开了一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：设计图形、准备基底、镀镍、镀金、镀介质层、镀金和轰击。
具体而言：步骤1，设计图形：用图形发生器设计双层矩形孔微纳结构图形；矩形孔为倾斜矩形孔，矩形孔长边与玻璃基底1同侧的一条边的夹角为22.5°。
步骤2，准备基底：准备ITO玻璃基底1并清洗吹干；
具体操作为：准备尺寸为20.0mm长×20.0mm宽×2.0mm厚的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，依次用去离子水、丙酮和无水酒精各超声15min后，然后用去离子水超声清洗5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。
本实施例采用ITO玻璃，ITO玻璃为导电玻璃，可以在结构成型后增加电极使用时导通电流，为通过调节电场来调控非对称传输或圆二色性等提供必要条件。此外，在电子束曝光刻蚀的时候，离子束照射的仅为结构中矩形孔图形部分，能量比较集中，ITO玻璃具有良好的导电性能，可以将电子束的能量分散开来，避免因局部电荷振动过激引起穿孔等造成实验失败等。
步骤3，镀镍：将步骤2吹干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中利用电子束蒸发法蒸镀金属镍，形成镍层2；
将步骤2吹干后的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀镍，镍可以增加蒸镀的纳米层金属与玻璃基底1的粘附性，本申请实施例蒸镀镍层2的厚度优选为5～10nm，保证增加粘附性的同时避免因镍层2过厚而影响该结构的光学特性，造成其非对称传输信号的减弱。
步骤4，镀金：在步骤3形成的镍层2上继续利用电子束蒸发法蒸镀金，形成第一纳米层3；
步骤5，镀介质层：在形成的第一纳米层3上继续利用电子束蒸发法蒸镀二氧化硅，形成第二纳米层4；
步骤6，镀金：在形成的第二纳米层4上继续蒸镀金，形成第三纳米层5；
具体而言：第一纳米层3、第二纳米层4和第三纳米层5周期均相等：长度＝宽度＝560～720nm，第一纳米层3和第三纳米层5厚度相等，第二纳米层4的厚度＝100～130nm，所述第二纳米层4厚度大于第一纳米层3厚度。
本实施例中优选为：第一纳米层3、第二纳米层4和第三纳米层5周期长度＝宽度＝620nm，第一纳米层3和第三纳米层5厚度相等为80nm，第二纳米层4的厚度＝120nm。真空蒸发镀膜机的真空度不大于3×10-6torr。
本申请实施例由于采用了先蒸镀各纳米层，然后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀，相比于传统工艺需要多次甩胶，且需要应用电子束曝光两次，尤其是在双层结构组合时，由于目前技术的限制和实验误差的限制，很难使得上下两层矩形孔完全对齐，制备工艺复杂，且对实验仪器和操作人员的要求很高，本申请实施例将制备工艺简化，无需多次甩胶、两次曝光和精密的校准步骤，只需在蒸镀完各纳米层后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀即可，要操作人员要求低，达到了简化制备工艺、降低制备难度和降低成本的效果。
步骤7，轰击：调控离子束轰击形状为步骤1所述的矩形孔形状，利用FIB技术，得到所述产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构。
具体而言：本申请实施离子束优选为镓离子束，利用计算机控制系统在离子源增加外加电场，控制离子控制离子束轰击方向与位置，在负电场的作用下，离子束经静电透镜狭缝穿过，经过一系列孔径变化决定离子束的大小，最后聚焦至样品表面，利用步骤1设计好的图形，计算机控制系统严格控制轰击的能量与角度，通过物理碰撞将高能聚焦的离子束动能传递给轰击区域的原子分子，产生溅射效应，从而实现不断蚀刻，刻蚀掉矩形孔部分，即可得到所述的产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构。
因离子相对于电子质量大，能量高，聚焦离子束技术具有精确的定位和控制能力，其轰击切割定位精度能达到5nm级别，具有超高的切割精度，精确控制轰击深度和广度，可以大大提高本结构的制备精度。
本申请实施例利用先蒸镀各纳米层，然后利用各FIB技术进行矩形孔刻蚀的制备工艺，保证了上下两层矩形孔之间可以严格对齐，保证了制备结构的精密度，从而保证了该结构的强非对称传输效果。
本申请实施例基底优选为玻璃基底1，基底可以倾斜放置。
具体而言：本申请实施例基底为玻璃基底1，可方便倾斜，方便地制备不同倾斜角度的纳米孔洞，为日后研究入射光从不同角度照射激发和不同倾斜角度的矩形孔对AT效应的影响提供结构基础，提升了该结构的实际应用宽度。
本申请实施例由于采用了先蒸镀各纳米层，然后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀，相比于传统工艺需要多次甩胶，且需要应用电子束曝光两次，尤其是在双层结构组合时，由于目前技术的限制和系统误差的制约，很难使得上下两层矩形孔完全对齐，制备工艺复杂，且对实验仪器和操作人员的要求很高，本申请实施例将制备工艺简化，无需多次甩胶、两次曝光和精密的校准步骤，只需在蒸镀完各纳米层后利用FIB技术进行矩形孔刻蚀即可，要操作人员要求低，实现了简化制备工艺、降低制备难度和降低成本的效果。
本申请实施例采用了先蒸镀各纳米层，然后再利用FIB技术进行轰击穿孔的方法，将两次曝光曝光简化为一次，且在蒸镀纳米层时在蒸镀腔中可以一次完成，避免了将样品拿出曝光工序时污染样品和外界条件的影响，保证了样品的清洁度和制备的精度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，设计图形：用图形发生器设计双层矩形孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ITO玻璃基底并清洗吹干；
步骤3，镀镍：将步骤2吹干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机中利用电子束蒸发法蒸镀金属镍，形成镍层；
步骤4，镀金：在步骤3形成的镍层上继续利用电子束蒸发法蒸镀金，形成第一纳米层；
步骤5，镀介质层：在形成的第一纳米层上继续利用电子束蒸发法蒸镀二氧化硅，形成第二纳米层；
步骤6，镀金：在形成的第二纳米层上继续蒸镀金，形成第三纳米层；
步骤7，轰击：调控离子束轰击形状为步骤1所述的矩形孔形状，利用FIB技术轰击矩形孔位置，得到所述产生非对称传输的双层矩形孔微纳结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一纳米层、第二纳米层和第三纳米层周期均相等：长度=宽度=560~720nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述第一纳米层和第三纳米层厚度相等；所述第二纳米层的厚度=100~130nm；所述第二纳米层厚度大于第一纳米层厚度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3中，蒸镀镍的厚度为5~10nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2具体操作为：准备尺寸为20.0mm长×20.0mm宽×2.0mm厚的ITO玻璃，并将准备的ITO玻璃放入洗涤液中清洗，依次用去离子水、丙酮和无水酒精各超声15min后，然后用去离子水超声清洗5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤7中离子束采用镓离子束。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述基底可倾斜放置。
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