一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件及其制備方法。其中亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件包括平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)，所述平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)包括基底和刻蝕在所述基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)；所述亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件還包括以傾斜入射沉積方式獲得的在所述平頂表面微結(jié)構(gòu)之上的非平頂結(jié)構(gòu)；所述非平頂結(jié)構(gòu)與所述基底材質(zhì)相同。本發(fā)明的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠增強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)中平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的抗反射效果。
【專利說明】一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及亞波長抗反射光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了降低光學(xué)窗口的表面反射,傳統(tǒng)的方法是在基底表面制備單層或多層抗反射薄膜。但對于這種方法存在諸多問題，如附著性、穩(wěn)定性差、抗蝕性弱、熱脹失配、組分滲透和擴(kuò)散以及可選擇膜料有限等問題。
[0003]近年來，亞波長抗反射結(jié)構(gòu)作為一種新型的光學(xué)增透方法越來越受到人們的青睞。一般而言，其結(jié)構(gòu)尺寸接近或小于光波波長的周期性結(jié)構(gòu)。由于基底與表面抗反射結(jié)構(gòu)屬于同種材料，因而不存在附著性、抗蝕性、穩(wěn)定性、熱脹失配、組分滲透和擴(kuò)散等問題。而且，通過改變亞波長結(jié)構(gòu)的形貌，能夠達(dá)到改變抗反射層的等效折射率目的。
[0004]但是，根據(jù)等效介質(zhì)理論，圓柱、圓臺或棱柱等具有平頂結(jié)構(gòu)的抗反射形貌可以等效于一層單層薄膜，從而造成平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的抗反射效果一般很有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件及其制備方法，用以增強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)中平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的抗反射效果。
[0006]本發(fā)明提供一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，包括平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)，所述平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)包括基底和刻蝕在所述基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)；所述亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件還包括以傾斜入射沉積方式獲得的在所述平頂表面微結(jié)構(gòu)之上的非平頂結(jié)構(gòu)；所述非平頂結(jié)構(gòu)與所述基底材質(zhì)相同。
[0007]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述非平頂結(jié)構(gòu)的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形。
[0008]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述基底材料包括石英，玻璃，藍(lán)寶石、或者由硅、鍺、硫化鋅或硒化鋅制成的紅外光學(xué)窗口。
[0009]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合。
[0010]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述傾斜入射的方式中傾斜的角度包括在O?60度之間。
[0011]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述非平頂結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的高度。
[0012]可選地，上述所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件中，所述沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
[0013]本發(fā)明還提供一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法，包括如下步驟:
[0014]清洗平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)的表面，去除雜質(zhì)污染；
[0015]在清洗后的所述平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的所述平頂表面微結(jié)構(gòu)表面，以傾斜沉積的方式獲得非平頂結(jié)構(gòu)，所述非平頂結(jié)構(gòu)與所述基底材質(zhì)相同。
[0016]可選地，如上所述的方法中，所述非平頂結(jié)構(gòu)的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形；和/或
[0017]所述傾斜入射的方式中傾斜的角度包括在O?60度之間；和/或
[0018]所述非平頂結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的高度。
[0019]可選地，如上所述的方法中，所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合；和/或
[0020]所述沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
[0021]本發(fā)明的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:本發(fā)明的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件能夠增強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)中平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的抗反射效果；本發(fā)明的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0022]I)操作簡單、方便，可在不破壞器件原有平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大面積低成本具有非平頂形狀的亞波長結(jié)構(gòu)制備；
[0023]2)由于非平頂結(jié)構(gòu)膜層制備是在高真空環(huán)境下進(jìn)行，從而有效避免了傳統(tǒng)化學(xué)清洗可能引入的外部污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實施例提供的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實施例提供的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的剖面示意圖。
[0027]圖3是圖1和圖2所示亞波長抗反射結(jié)構(gòu)光學(xué)透射性能的測試曲線圖。
[0028]圖4為本發(fā)明實施例提供的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]針對現(xiàn)有技術(shù)中的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的抗反射效果一般很有限的缺陷，如何在平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上盡可能改善其結(jié)構(gòu)形貌，獲得等效折射率呈漸變分布的抗反射結(jié)構(gòu)具有很好實際應(yīng)用價值。由于鍍膜過程中存在陰影效應(yīng)，當(dāng)入射粒子以不同角度入射到抗反射結(jié)構(gòu)表面時，其不同部位的沉積速率存在一定程度的差異，一般而言，頂部沉積速率要高于底部和側(cè)面的沉積速率。隨著薄膜沉積厚度的不斷增加，結(jié)構(gòu)頂部會逐漸趨于弧狀，此時可等效為一種多層薄膜系統(tǒng)，這對于改善結(jié)構(gòu)的抗反射性能有一定幫助。不同部位的平均沉積速率可通過改變粒子入射沉積角的方式加以合理調(diào)控?；谝陨希景l(fā)明提供一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其在現(xiàn)有的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的平頂之上再以傾斜入射沉積的方式，沉積一定厚度薄膜，由于是傾斜入射，存在一定的在陰影效應(yīng)，隨著厚度的增加，在原平頂微結(jié)構(gòu)表面將會產(chǎn)生具有弧形或者圓錐形貌結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的抗反射性能。
[0031]圖1為本發(fā)明實施例提供的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2為本發(fā)明實施例提供的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的剖面示意圖。如圖2所示，本實施例的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，包括圖1所示的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)，如圖1所示，平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)包括基底I和刻蝕在基底I之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)2 ;也就是說基底I和刻蝕在基底I之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)2是一個一體化結(jié)構(gòu)。如圖2所示，亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件還包括以傾斜入射的方式，獲得在平頂表面微結(jié)構(gòu)2之上的非平頂結(jié)構(gòu)3 ;非平頂結(jié)構(gòu)3與基底I材質(zhì)相同。
[0032]需要說明的是，本實施例中，平頂表面微結(jié)構(gòu)2在基底I上的分布是規(guī)整，亦可為非規(guī)整的。
[0033]可選地，本實施例中非平頂結(jié)構(gòu)2的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形。由于以傾斜入射的方式在平頂表面微結(jié)構(gòu)2之上沉積的非平頂結(jié)構(gòu)3的薄膜過程中存在陰影效應(yīng)，當(dāng)要沉積的入射粒子以不同角度入射到平頂表面微結(jié)構(gòu)2表面時，其不同部位的沉積速率存在一定程度的差異，一般而言，頂部沉積速率要高于底部和側(cè)面的沉積速率。隨著沉積厚度的不斷增加，結(jié)構(gòu)頂部會逐漸趨于弧狀(即形成非平頂結(jié)構(gòu)3)，此時可等效為一種多層薄膜系統(tǒng)，從而改善結(jié)構(gòu)的抗反射性能。而且，需要說明的是，雖然本實施例中，主要采用非平頂結(jié)構(gòu)3改善亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的抗反射性能，但是在以傾斜入射的方式沉積獲得在平頂表面微結(jié)構(gòu)2之上的非平頂結(jié)構(gòu)3的過程中，基底I之上也會沉積有入射粒子，從而會增加基底I的厚度。
[0034]可選地，本實施例中的基底I材料包括石英，玻璃，藍(lán)寶石、或者由硅、鍺、硫化鋅或硒化鋅制成的紅外光學(xué)窗口。
[0035]可選地，本實施例中的平頂表面微結(jié)構(gòu)2的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合。
[0036]可選地，本實施例中的傾斜入射的方式中傾斜的角度包括在O?60度之間，具體可以根據(jù)實際需求來調(diào)整。
[0037]可選地，本實施例中的非平頂結(jié)構(gòu)3的厚度小于或者等于平頂表面微結(jié)構(gòu)2的高度。
[0038]可選地，本實施例中的沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
[0039]可選地，本實施例中的平頂表面微結(jié)構(gòu)2在基底I上的分布是規(guī)整，亦可為非規(guī)整的。
[0040]本發(fā)明實施例提供的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，通過采用上述結(jié)構(gòu)，在平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的平頂表面微結(jié)構(gòu)2之上，以傾斜入射的方式沉積與基底I材質(zhì)相同的膜料，獲得非平頂結(jié)構(gòu)3，在不改變平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件整體抗反射性能。
[0041]圖3是圖1和圖2所示亞波長抗反射結(jié)構(gòu)光學(xué)透射性能的測試曲線圖。如圖3所示，其中A為如圖1所示的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的光學(xué)透射性能，B為如圖2所示的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的光學(xué)透射性能，由圖3所示，由于結(jié)構(gòu)形貌得改善，在波長大于某一值時，圖2所示的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的光學(xué)增透效果明顯好于圖1所示的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的光學(xué)增透效果。
[0042]圖4為本發(fā)明實施例提供的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法的流程圖。如圖4所示，本實施例的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法，具體可以包括如下步驟:
[0043]100、清洗平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)的表面，去除雜質(zhì)污染；
[0044]101、在清洗后的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的平頂表面微結(jié)構(gòu)表面，以傾斜沉積的方式沉積非平頂結(jié)構(gòu)；
[0045]該過程在高真空環(huán)境下進(jìn)行，避免傳統(tǒng)化學(xué)清洗可能引入的外部污染。本實施例中非平頂結(jié)構(gòu)與基底材質(zhì)相同，這個非平頂結(jié)構(gòu)有一定的厚度。
[0046]可選地，本實施例的制備方法中，非平頂結(jié)構(gòu)的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形。
[0047]可選地，本實施例的制備方法中，傾斜入射的方式中傾斜的角度包括在O?60度之間。
[0048]可選地，本實施例的制備方法中，非平頂結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于平頂表面微結(jié)構(gòu)的厚度。
[0049]可選地，本實施例的制備方法中，平頂表面微結(jié)構(gòu)的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合。
[0050]可選地，本實施例的制備方法中，沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
[0051]需要說明的是，上述所有可選技術(shù)方案，可以采用可以結(jié)合的方式任意組合形成本發(fā)明的可選技術(shù)方案，在此不再一一贅述。
[0052]本實施例的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件制備方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅操作簡單、方便，可在不破壞器件原有平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大面積低成本具有非平頂形狀的亞波長結(jié)構(gòu)制備；而且由于非平頂結(jié)構(gòu)膜層制備是在高真空環(huán)境下進(jìn)行，從而有效避免了傳統(tǒng)化學(xué)清洗可能引入的外部污染。且本實施例制備的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，在不改變平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件整體抗反射性倉泛。
[0053]下面介紹一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法。
[0054]首先，制備平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)，在石英基底單側(cè)表面蒸鍍1nm厚度Au膜，再經(jīng)600度N2環(huán)境高溫退火3min，得到的了相對較好的表面掩模層。其中，表面掩模層的獲得可以是多種方法，如高溫?zé)嵬嘶鸾饘倌ぃ灾餮b納米顆粒、光學(xué)光刻掩模等方式。
[0055]然后使用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)在基底上刻蝕平頂表面微結(jié)構(gòu)，得到表面隨機(jī)柱狀抗反射結(jié)構(gòu)。其中平頂表面微結(jié)構(gòu)的制備方法可以是離子束刻蝕、濕法刻蝕、聚焦離子束以及激光刻蝕?；椎倪x材上也具有廣泛性，只要需要具有一定的光譜透明功能且存在與其折射率相近的同類膜料即可。然后得到的初成品應(yīng)進(jìn)行清洗處理，以除去殘余表面的材料，去除方式可選擇多種形式，以去除干凈且保證亞波長結(jié)構(gòu)完整性為準(zhǔn)，本實施例中使用了內(nèi)部配制的去金溶液以去除表面殘余的Au成分。
[0056]緊接著，在平頂表面微結(jié)構(gòu)之上沉積非平頂結(jié)構(gòu)3的過程，清洗干凈的平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的樣品置于粒子束濺射鍍膜儀器中。非平頂結(jié)構(gòu)3的獲得過程中，使用行星旋轉(zhuǎn)的方式，沉積粒子與基底法線構(gòu)成的入射角度大約為10度，濺射前濺射室的真空度為
3.0X10-5Pa，射束電壓1250V，射束電流600mA，制備室溫度40°C，工作氣體為99.999%的Ar,沉積的Si02薄膜厚度為150nm±2nm。上述技術(shù)方案還可進(jìn)一步優(yōu)化。其中，根據(jù)基底材料的不同，表面沉積的薄膜種類也存在差異性。例如石英、玻璃表面可沉積Si02薄膜，藍(lán)寶石基底表面應(yīng)沉積A1203薄膜。沉積非平頂結(jié)構(gòu)的方法至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。非平頂結(jié)構(gòu)厚度及沉積角度、速率，因沉積方式、膜料或靶材特性、設(shè)備工作條件不同而不同，以獲得盡可能逼近錐形輪廓的抗反射結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)。一般其沉積厚度小于I倍的平頂表面微結(jié)構(gòu)的高度。同時，可加入行星旋轉(zhuǎn)，擋板修正等以改善大面積表面沉積的均一性。此外，在基底及平頂表面微結(jié)構(gòu)上制備平頂表面微結(jié)構(gòu)的方法還可以是電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
[0057]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，包括平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)，所述平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)包括基底和刻蝕在所述基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)；所述亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件還包括以傾斜入射沉積方式獲得的在所述平頂表面微結(jié)構(gòu)之上的非平頂結(jié)構(gòu)；所述非平頂結(jié)構(gòu)與所述基底材質(zhì)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述非平頂結(jié)構(gòu)的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述基底材料包括石英，玻璃，藍(lán)寶石、或者由硅、鍺、硫化鋅或硒化鋅制成的紅外光學(xué)窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述傾斜入射沉積方式中傾斜角度包括在O?60度之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述非平頂結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的高度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件，其特征在于，所述沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
8.—種如上所述的亞波長抗反射結(jié)構(gòu)器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 清洗平頂亞波長抗反射結(jié)構(gòu)的基底之上的平頂表面微結(jié)構(gòu)的表面，去除雜質(zhì)污染； 在清洗后的所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的表面，以傾斜沉積的方式獲得非平頂結(jié)構(gòu)，所述非平頂結(jié)構(gòu)與所述基底材質(zhì)相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述非平頂結(jié)構(gòu)的頂部的剖面為錐形、弧形或者半圓形；和/或 所述傾斜入射的方式中傾斜的角度包括在O?60度之間；和/或 所述非平頂結(jié)構(gòu)的厚度小于或者等于所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述平頂表面微結(jié)構(gòu)的形狀至少包括圓柱、圓臺或棱柱的一種或幾種混合；和/或 所述沉積的方式至少包括電子束蒸發(fā)、濺射、熱蒸發(fā)、原子或電化學(xué)沉積。
【文檔編號】G02B1/11GK104049287SQ201410315591
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】尚鵬, 熊勝明 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所