專利名稱：一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微納加工技術(shù)方法，特別涉及一種制作復(fù)眼結(jié) 構(gòu)的方法。
技術(shù)背景復(fù)眼是自然界昆蟲及節(jié)肢動物的一種特殊結(jié)構(gòu)，典型的復(fù)眼結(jié)構(gòu)如圖l所示。它由數(shù)百到 上萬只小眼組成，均勻排布在半球狀的眼球上，每只小眼由角膜、晶狀纖維、視網(wǎng)膜以及通 向腦的視神經(jīng)組成，獨立構(gòu)成成像系統(tǒng)。并且由于排布在曲面上，每個小眼的光軸在不同的方向，從而具有可以實現(xiàn)360。全視場探測的獨特優(yōu)勢。因此，這種特殊的結(jié)構(gòu)具有體積小巧, 探測視場大,探測靈敏度高等顯著特點。復(fù)眼結(jié)構(gòu)的特殊性能引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，人們 把許多小透鏡粘在一起，做成了一種復(fù)眼透鏡。每個小透鏡都能獨立成像。因此，復(fù)眼透鏡 可使一個物體形成許多像，小透鏡越多，形成的像也越多。目前制作微納透鏡的方法有電子束直寫光刻、聚焦離子束光刻、干涉光—刻等，但這些方 法都是針對平面上納結(jié)構(gòu)的制作，如果要在具有一定曲率的曲面上制作出這樣的結(jié)構(gòu)非常困 難，需要逐點加工并且要求加工系統(tǒng)具有長的焦深，制作成本高昂、加工周期長?；蛘吡硪?種方法是加工出透鏡后，再對其進行拼接。據(jù)報道，美國伯克利大學(xué)研制成世界上第一個模 仿昆蟲眼睛的照相機鏡頭——"復(fù)眼"鏡頭，鏡頭由8500個六角微型透鏡膠合而成，其視場比 傳統(tǒng)的廣角鏡頭大，"復(fù)眼"鏡頭直徑為2.5毫米。每個小透鏡的口徑在幾個微米左右。這樣的 制作方法非常繁瑣。如果能找到一種相對簡單的方法來制作這種在曲面上的特殊結(jié)構(gòu)將大大 促進仿生技術(shù)的研究，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)制作成本高、加工周期長、系統(tǒng)復(fù) 雜等缺點，充分利用百前相對^^熟的自組裝技術(shù)，利用微球作模板，通過傳遞實現(xiàn)復(fù)眼透鏡 制作。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于 首先選擇曲面基底，并對其進行親水化處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列微球；再 通過傳遞技術(shù)，將微球的形狀<爭遞到基底上形成類似復(fù)眼的結(jié)構(gòu)。所述的基底為石英、或K9、或硅、或硒化鋅、或鍺材料，滿足在不同波段的使用需求。 所述的微球是玻璃球、或硅微球、或聚苯乙烯微球、或聚合物微球。 所述的傳遞技術(shù)采用反應(yīng)離子刻蝕、或電感耦合等離子體刻蝕、或濕法刻蝕技術(shù)進行面 形傳遞，實現(xiàn)在不同基底上的復(fù)眼結(jié)構(gòu)的成形。通過選擇直徑為20nm-30(Vm納米微球可以實現(xiàn)周期為20nm-30(^m復(fù)眼結(jié)構(gòu)制作。 所述基底是曲率半徑在無窮大到數(shù)百倍于所用的微球曲率半徑之間的曲面。 復(fù)眼結(jié)構(gòu)的口徑可以與微球的口徑相同，也可以不同。通過控制刻蝕時間、刻蝕速率可以獲得浮雕深度不同的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，復(fù)眼結(jié)構(gòu)的浮雕深度在0和D/2之間可調(diào)，D為透鏡周期。通過控制微球的排布可以實現(xiàn)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的六邊形排布、或四邊形、或環(huán)形排布。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點是本發(fā)明方法不需要復(fù)雜設(shè)備、不需要掩模板，且具有成本低、效率高、工藝簡單等顯著特點，同時還具有復(fù)眼結(jié)構(gòu)口徑、排布方式、矢高、占空比可控的優(yōu)點，為復(fù)眼結(jié)構(gòu)列陣的制作提供一種簡單實用的新方法。
圖l是典型復(fù)眼結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明采用微球作掩模板在曲面基底上刻蝕形成復(fù)眼結(jié)構(gòu)的原理示意圖； 圖中l(wèi)表示基底，2表示微球，3表示形成的復(fù)眼結(jié)構(gòu)；圖3是本發(fā)明實施例1中復(fù)眼結(jié)構(gòu)的一般性的制作流程；圖3a選擇具有特定曲率的基片 并進行預(yù)處理，圖3b為微球排布于基板上，圖3c為通過刻蝕形成復(fù)眼結(jié)構(gòu)；圖4是本發(fā)明實施例1刻蝕時間較短的情況下形成的周期400nm，浮雕深度100nm的復(fù) 眼結(jié)構(gòu)；圖4a為復(fù)眼結(jié)構(gòu)浮雕輪廓示意圖，圖4b為制作出的復(fù)眼結(jié)構(gòu)SEM照片；圖5是本發(fā)明實施例1刻蝕時間較長的情況下形成的周期400nm，浮雕深度200nm的復(fù) 眼結(jié)構(gòu)的SEM照片；圖6是本發(fā)明實施例2采用直徑10pm的納米球?qū)崿F(xiàn)直徑6000nm，浮雕深度3000nm的 紅外復(fù)眼結(jié)構(gòu)制作；圖7是本發(fā)明實施例3制作四邊形排布的復(fù)眼結(jié)構(gòu)SEM照片；圖8是本發(fā)明實施例5制作在平面基底上的復(fù)眼結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。本發(fā)明介紹一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，首先選擇具有一定曲率半徑的基底1，并對其進行親水化處理;然后通過自組裝的方法在基底上排列微球2;再通過傳遞技術(shù)，將微球2的 形狀傳遞到基底上形成復(fù)眼結(jié)構(gòu)3，其原理示意圖如圖2所示。 實施例l本實施例以融石英為基底，制作直徑400nm，浮雕深度分別為100nm和200nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)。首先采用曲率半徑為50mm的融石英作為基板，用化學(xué)方法對基板進行親水化處理，如 圖3a所示；然后將濃度為3%,直徑為400nm的單分散聚苯乙烯納米球水溶膠0.5^1均勻涂 布在玻璃基底表面，使溶劑緩慢蒸發(fā)，膠體球自組裝成陣列，如圖3b所示；采用反應(yīng)離子刻 蝕RIE對聚苯乙烯納米球自組裝層進行刻蝕，實現(xiàn)所需透鏡的制作，如圖3c所示；選用l: 1刻蝕速率比，調(diào)節(jié)刻蝕功率和反射功率及刻蝕氣體的流量，控制石英的刻蝕速率在 20nm/min，經(jīng)過5分鐘刻蝕后，形成周期400nm，浮雕深度100nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)；圖4a所制 作的復(fù)眼結(jié)構(gòu)浮雕輪廓示意圖，圖4b為所制作的復(fù)眼結(jié)構(gòu)SEM照片；在刻蝕速率穩(wěn)定在 20nm/min的情況下刻蝕10分鐘，形成周期400nm，浮雕深度200nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)；制作出的 復(fù)眼結(jié)構(gòu)SEM照片如圖5所示，由于刻蝕時間比浮雕深度淺(即100nm)的復(fù)眼結(jié)構(gòu)列陣時 間長，這個復(fù)眼結(jié)構(gòu)的表面粗糙度明顯要大。實施例2本實施例以硒化鋅為基底，制作直徑6000nm，浮雕深度3000nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)列陣。 首先采用曲率半徑為100mm的硒化鋅作為基板，用化學(xué)方法對基板進行親水化處理；然 后將濃度為1%，直徑10nm的聚苯乙烯DVB共聚微粒懸濁液硅微球1.5^均勻涂布在基底表 面，使溶劑緩慢蒸發(fā)，膠體球自組裝成陣列；采用電感耦合等離子體刻蝕ICP對聚合物微球 自組裝層進行刻蝕，刻蝕速率比控制在300nm/min，通過10min刻蝕，實現(xiàn)所需結(jié)構(gòu)的制作， 示意圖如圖6所示，復(fù)眼結(jié)構(gòu)直徑6000nm，浮雕深度3000nm。 實施例3本實施例以鍺為基底，制作直徑3000nm，浮雕深度1000nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)列陣。 采用曲率半徑為3mm的鍺為基板，用化學(xué)方法對基板進行親水化處理；將濃度為1%， 直徑為3000nm的硼硅酸鹽玻璃球水溶膠2.5jxl均勻涂布在基底表面自組裝形成陣列，通過在 基底上形成四邊形排布的微球列陣，采用反應(yīng)離子刻蝕RIE刻蝕，刻蝕速率比控制在50nm/min 的情況下刻蝕20分鐘，形成的四邊形排布復(fù)眼結(jié)構(gòu)SEM照片如圖7所示。 實施例4本實施例以曲率半徑30mm的硅為基底，制作直徑500nm，浮雕深度200nm的復(fù)眼結(jié)構(gòu)列陣。首先對選用的硅基板用化學(xué)方法進行親水化處理；將濃度為1%，直徑為500nm的單分 散聚苯乙烯微球水溶膠0.5nl均勻涂布在基底表面自組裝形成環(huán)形排布的陣列；采用5%濃度 的HF溶液對其進行濕法腐蝕，3min后得到環(huán)形排布的復(fù)眼結(jié)構(gòu)。實施例5本實施例以曲率半徑為無窮大的K9玻璃為基底，制作直徑30^m，浮雕深度15^m的復(fù) 眼結(jié)構(gòu)列陣。采用平面K9玻璃為基板，用化學(xué)方法對基板進行親水化處理;將濃度為1%，直徑為30jim 的玻璃微球水溶膠1.5pl均勻涂布在基底表面自組裝形成陣列;采用10X濃度的HF溶液對其 進行濕法腐蝕，25min后得到平面上的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，其部分示意圖如圖8所示。
權(quán)利要求
1、一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于首先選擇曲面基底，并對其進行親水化處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列微球；再通過傳遞技術(shù)，將微球的形狀傳遞到基底上形成類似復(fù)眼的結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的基底為石英、 或K9、或硅、或硒化鋅、或鍺材料，滿足在不同波段的使用需求。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的微球是玻璃 球、或硅微球、或聚苯乙烯微球、或聚合物微球。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述的傳遞技術(shù)采 用反應(yīng)離子刻蝕、或電感耦合等離子體刻蝕、或濕法刻蝕技術(shù)進行面形傳遞，實現(xiàn)在不同基 底上的復(fù)眼結(jié)構(gòu)的成形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于通過選擇直徑為 20nm-300pm納米微球可以實現(xiàn)周期為20nm-300^im復(fù)眼結(jié)構(gòu)制作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述基底是曲率半徑 在無窮大到數(shù)百倍于所用的微球曲率半徑之間的曲面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于復(fù)眼結(jié)構(gòu)的口徑可以與微球的口徑相同，也可以不同。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于通過控制刻蝕時間、 刻蝕速率可以獲得浮雕深度不同的復(fù)眼結(jié)構(gòu)，復(fù)眼結(jié)構(gòu)的浮雕深度在0和D/2之間可調(diào)，D 為透鏡周期。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于通過控制微球的排布可以實現(xiàn)復(fù)眼結(jié)構(gòu)的六邊形排布、或四邊形、或環(huán)形排布。
全文摘要
一種制備復(fù)眼結(jié)構(gòu)的方法，屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域；其特征在于首先選用有一定曲率的光學(xué)材料作為基底，并對其進行親水化處理，在其上涂敷微球，微球在基底材料上自組裝，形成單層特定分布，再通過刻蝕將微球的形狀傳遞到基底上，形成類似復(fù)眼結(jié)構(gòu)，本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)制作復(fù)眼結(jié)構(gòu)成本高、工序繁瑣、加工周期長等缺點，具有一次成型，不需要復(fù)雜設(shè)備、不需要掩模板、成本低、效率高、工藝簡單等顯著特點，同時還具有復(fù)眼結(jié)構(gòu)的口徑、矢高、占空比、排布方式可控的優(yōu)點，為復(fù)眼結(jié)構(gòu)的制作提供一種簡單實用的新方法。
文檔編號G02B3/10GK101403802SQ200810226158
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者杜春雷, 鄧啟凌 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所