專利名稱：一種制作納透鏡列陣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微納加工技術(shù)方法，特別涉及一種制作納透鏡陣列的方法。
背景技術(shù)：
納米透鏡在新型微納光機(jī)電系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，如生物傳感、化學(xué)傳感、大數(shù)據(jù)量 存儲(chǔ)等高密度集成光電系統(tǒng)，其制備方法是目前研究尚需解決的關(guān)鍵技術(shù)，目前采用的方法 有電子束直寫光刻、聚焦離子束光刻、干涉光刻等，但現(xiàn)有技術(shù)均存在成本高、加工周期長 等缺點(diǎn)。
另一方面，由于納米級(jí)微球具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，具有溫度、pH、 電場和磁場等響應(yīng)性，可廣泛醫(yī)療診斷、治療藥物的輸送體系等，引起化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工作 者的極大興趣。傳統(tǒng)合成高分子微球的方法有乳液聚合、沉淀聚合、種子聚合、分散聚合等， 同時(shí)還有各種各樣的納米玻璃球的加工制備方法。納米顆粒材料具有穩(wěn)定的形態(tài)結(jié)構(gòu)，且易 控制其尺寸大小和顆粒的一致性。目前，納米顆粒材料已成為納米材料的重要組成部分。利
用納米球自組裝技術(shù)在近年來得到廣泛研究，它是一種價(jià)廉而且具有并行處理能力的技術(shù)。 其主要工藝是將具有相同大小和形狀(通常是球形)的膠粒排布在經(jīng)過處理的具有良好親水 性的平整基片上，一般情況下，這些膠粒在基片表面上是隨機(jī)排布的，但是適當(dāng)?shù)乜刂茥l件,則這 些膠粒可以通過自組裝過程在基片上形成陣列。然后利用納米球作為掩模，在其排布空隙中 鍍金屬，再利用Lift—Off工藝去掉納米球，最后得到金屬納米粒子。目前這種方法制作的納 米粒子已廣泛應(yīng)用于生化檢測技術(shù)。如果能夠利用目前相對(duì)成熟的納米微球來實(shí)現(xiàn)納米透鏡 的制備，將提供一條方便、低成本的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)納米透鏡制作成本高、加工周期長等缺點(diǎn)，充分 利用目前相對(duì)成熟的自組裝技術(shù)，利用納米球作模板、，通過傳遞實(shí)現(xiàn)納米透鏡制作。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于:'
首先選擇基底，并對(duì)其進(jìn)行親水化處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列納米球；再通 過傳遞技術(shù)，將納米球的形狀傳遞到基底上形成納透鏡。
所述的基底為石英、或K9、或硅、或硒化鋅'、或鍺材料。
所述的納米球是玻璃球、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)為反應(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(jìn)行面形 傳遞，實(shí)現(xiàn)在不同基底上的納米透鏡的成形。
通過選擇直徑為20nm-8000nm納米微球可以實(shí)現(xiàn)周期為20nm-8000nm納米透鏡制作。 所述納米透鏡球的口徑可以與納米球的口徑相同，也可以不同。
通過控制刻蝕時(shí)間、刻蝕速率可以獲得浮雕深度不同的納米透鏡，所述納米透鏡的浮雕
深度在0和D/2之間可調(diào)，D為透鏡周期。
通過控制納米球的排布可以實(shí)現(xiàn)所述納透鏡的六邊形排布、或四邊形排布或環(huán)形排布。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是本方法具有不需要復(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(diǎn)，同時(shí)還具有納米透鏡口徑、排布方式、矢高、占空
比可控的優(yōu)點(diǎn)，為納透鏡列陣的制作提供一種簡單實(shí)用的新方法。


圖1是本發(fā)明采用納米球作掩模板刻蝕形成納米透鏡的原理示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中納米透鏡的制作流程圖；圖2a選擇基片并進(jìn)行預(yù)處理的示意圖； 圖2b為納米球排布于基板上的示意圖；圖2c為通過刻蝕形成納米透鏡的示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中刻蝕時(shí)間較短所制作的周期400nm，浮雕深度100nm的納透鏡； 圖3a為納透鏡浮雕輪廓示意圖，圖3b為制作出的納透鏡SEM照片；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中刻蝕時(shí)間較長所形成的周期400nm，浮雕深度200nm的納透鏡； 圖4a為納透鏡浮雕輪廓示意圖；圖4b為制作出的納透鏡SEM照片；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中采用直徑8000nm的納米球?qū)崿F(xiàn)直徑6000nm，浮雕深度3000nm 的紅外納米透鏡制作；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中實(shí)現(xiàn)的周期200nm，浮雕深度50nm的納透鏡制作示意圖7是本發(fā)明實(shí)施例4中制作四邊形排布的納透鏡SEM照片；
圖8是本發(fā)明實(shí)施例5中制作的環(huán)形排布的納透鏡示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明制作納透鏡列陣的方法原理示意圖；首先選擇基底1，并對(duì)其迸行親水化 處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列納米球2;再通過傳遞技術(shù)，將納米球2的形狀 傳遞到基底上形成納透鏡3。
實(shí)施例1
本實(shí)施例以融石英為基底，制作直徑400nm，浮雕深度分別為100nm和200nrn的納透鏡 列陣。
首先采用融石英作為基板，用化學(xué)方法對(duì)基板進(jìn)行親水化處理，如圖2a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0.5nl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2b所示；采用反應(yīng)離子刻蝕RIE對(duì)聚苯乙烯納米
球自組裝層進(jìn)行刻蝕，實(shí)現(xiàn)所需透鏡的制作，如圖2C所示；選用1: l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的納透鏡；圖3a所制作的納透鏡浮雕輪廓示意圖，圖3b 為所制作的納透鏡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的納透鏡；制作出的納透鏡浮雕輪廓示意圖如圖4a所示；其納 透鏡SEM照片如圖4b所示，由于刻蝕時(shí)間比浮雕深度淺(即100nm)的納透鏡時(shí)間長，這 個(gè)納透鏡的表面粗糙度明顯要大。 實(shí)施例2
本實(shí)施例以硒化鋅為基底，制作直徑6000nm，浮雕深度3000nm的納透鏡列陣；首先采 用硒化鋅作為基板，用化學(xué)方法對(duì)基板進(jìn)行親水化處理；然后將濃度為1%，.直徑8000nm的 聚苯乙烯DVB共聚微粒懸濁液硅微球1.5pl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(duì)聚合物微球自組裝層進(jìn)行刻蝕，刻蝕速率 比控制在300nm/min，通過10min刻蝕，實(shí)現(xiàn)所需透鏡的制作，納透鏡示意圖如圖5所示， 納透鏡直徑6000nm,浮雕深度3000nm。
實(shí)施例3
本實(shí)施例以硅為基底，制作直徑200nm，浮雕深度50nm的納透鏡列陣。采用硅為基板， 用化學(xué)方法對(duì)基板進(jìn)行親水化處理；將濃度為1%，直徑為200nm的單分散聚苯乙烯納米球 水溶膠0.5^1均勻涂布在基底表面自組裝形成陣列；采用5%濃度的HF溶液對(duì)其進(jìn)行濕法腐 蝕，3min后得到如圖6所示的納透鏡。
實(shí)施例4
本實(shí)施例以鍺為基底，制作直徑3000nm，浮雕深度1000nm的納透鏡列硨。采用鍺為基 板，用化學(xué)方法對(duì)基板進(jìn)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2.5^1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/mm的情況下刻蝕20分鐘，形成的四 邊形排布納透鏡SEM照片如圖7所示。
實(shí)施例5
本實(shí)施例以K9為基底，制作直徑800nm，浮雕深度300nm的納透鏡列陣。采用K9為 基板，用化學(xué)方法對(duì)基板進(jìn)行親水化處理，將濃度為5%，直徑為800nm的單分散聚苯乙烯 納米球水溶膠2.5pl均勻涂布在基底表面，實(shí)現(xiàn)環(huán)形排布的納米球排布，再采用濕法腐蝕的方 法將納米球的浮雕輪廓傳遞到基底表面；采用2X濃度的HF溶液對(duì)其進(jìn)行濕法腐蝕，20min 后得到透鏡排布示意圖如圖8所示的納透鏡。
權(quán)利要求
1、一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于首先選擇基底，并對(duì)其進(jìn)行親水化處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列納米球；再通過傳遞技術(shù)，將納米球的形狀傳遞到基底上形成納透鏡。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納透鏡列陣的方法，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。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于所述的納米球是 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所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于所述的傳遞技術(shù) 為反應(yīng)離子刻蝕RIE、或電感耦合等離子體刻蝕ICP、或濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行面形傳遞，實(shí)現(xiàn)在不同基底上的納米透鏡的成形。
5、 權(quán)利要求1所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于通過選擇直徑為20nm-8000nm納米微球可以實(shí)現(xiàn)周期為20nm-8000nm納米透鏡制作。
6、 權(quán)利要求1所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于所述納米透鏡球的口徑 可以與納米球的口徑相同，也可以不同。
7、 權(quán)利要求1所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于通過控制刻蝕時(shí)間、刻 蝕速率可以獲得浮雕深度不同的納米透鏡，納米透鏡的浮雕深度在0和D/2之間可調(diào)，D為 納透鏡周期。
8、 權(quán)利要求r所述的一種制備納透鏡列陣的方法，其特征在于通過控制納米球的排布可以實(shí)現(xiàn)所述納透鏡的六邊形排布、或四邊形排布或環(huán)形排布。
全文摘要
一種制備納透鏡列陣的方法，屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域；其特征在于首先選擇基底，并對(duì)其進(jìn)行親水化處理；然后通過自組裝的方法在基底上排列納米球；再通過傳遞技術(shù)，將納米球的形狀傳遞到基底上形成納透鏡。本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)納米透鏡制作成本高、加工周期長等缺點(diǎn)；具有不需要復(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(diǎn)，同時(shí)還具有納米透鏡口徑、排布方式、矢高、占空比可控的優(yōu)點(diǎn)，為納透鏡列陣的制作提供一種簡單實(shí)用的新方法。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101382734SQ20081022469
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者杜春雷, 鄧啟凌 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所