一種金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法屬于光學(xué)窗技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)窗在遙測(cè)遙感、醫(yī)療診斷、保密通訊、航空航天裝備等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的光學(xué)窗為單純的電磁波透過(guò)窗口。然而，用電設(shè)備的不斷增長(zhǎng)，不僅會(huì)使電磁波的強(qiáng)度大幅增加，而且會(huì)使電磁波的波段不斷拓寬，造成空間電磁環(huán)境日趨惡化，由于傳統(tǒng)光學(xué)窗對(duì)電磁波具有通透性，因此電磁環(huán)境的惡化會(huì)對(duì)電磁敏感的設(shè)備產(chǎn)生不利影響。為了降低電磁干擾，需要在光學(xué)窗上增加電磁屏蔽功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，通常采用在光學(xué)窗表面增加制作金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。
[0003]隨著多譜段探測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，多模精確探測(cè)儀器對(duì)光學(xué)窗的電磁屏蔽性能提出了更高的要求:在可見(jiàn)光和紅外下呈現(xiàn)透明狀態(tài)，對(duì)特定微波波段也呈現(xiàn)透明狀態(tài)，而對(duì)于其他波段的微波和無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)內(nèi)外電磁波的隔離，即防止外部的電磁干擾和內(nèi)部的電磁泄漏。因?yàn)榻饘倬W(wǎng)柵是一種寬頻段低通濾波器，屏蔽干擾電磁波的同時(shí)，也衰減了用于探測(cè)的毫米波，簡(jiǎn)單的金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)很難同時(shí)滿足毫米波、可見(jiàn)/紅外光復(fù)合模式探測(cè)光學(xué)窗電磁屏蔽的高要求。
[0004]名稱為“雷達(dá)/紅外雙波段頻率選擇表面(申請(qǐng)?zhí)?201310385579.3) ”，“一種毫米波帶通金屬網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)(申請(qǐng)?zhí)?201010239333.1) ”，以及“高性能雷達(dá)/紅外雙波段頻率選擇表面(申請(qǐng)?zhí)?201310385578.9) ”等發(fā)明專利和學(xué)術(shù)論文，均公開(kāi)了一類表面分布有金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面(金屬網(wǎng)柵FSS)結(jié)構(gòu)的光學(xué)窗。這類光學(xué)窗在可見(jiàn)光和紅外下呈現(xiàn)透明狀態(tài)，對(duì)微波波段與孔徑FSS單元尺寸一致時(shí)，也呈現(xiàn)透明狀態(tài)，而對(duì)于其他波段的微波和無(wú)線電波而言，其相當(dāng)于進(jìn)行了金屬化處理，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外電磁波的隔離，解決了多模探測(cè)儀器光學(xué)窗的電磁屏蔽難題。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，金屬網(wǎng)柵FSS只是在方格、圓形或六邊形等規(guī)則周期陣列金屬網(wǎng)柵上設(shè)計(jì)FSS單元，但這些金屬網(wǎng)柵FSS受限于金屬網(wǎng)柵的光學(xué)衍射，高級(jí)次衍射能量分布不均勻造成雜散光的集中分布，影響光學(xué)系統(tǒng)成像，容易造成虛假探測(cè)目標(biāo)，掩蓋真實(shí)探測(cè)目標(biāo)。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01310122824.1的發(fā)明專利“一種基于龜裂模板法制備多孔金屬薄膜透明導(dǎo)電電極的方法”，公開(kāi)了一種電極制備方法，該方法利用二氧化鈦溶液龜裂成的非周期龜裂模板，制作出非周期金屬網(wǎng)狀圖案。如將其用于制作金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，具有解決高級(jí)次衍射能量分布不均勻問(wèn)題的潛在能力。
[0007]然而，將該專利用于制作金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，會(huì)存在以下缺點(diǎn)和不足:
[0008]第一、該方法采用二氧化鈦溶液作為龜裂液，由于二氧化鈦溶膠在空氣中水解后轉(zhuǎn)變成多晶薄膜，而多晶薄膜在干燥的過(guò)程中體積嚴(yán)重收縮，造成裂縫嚴(yán)重翹曲，因此會(huì)增加裂縫寬度，進(jìn)而增加金屬線寬，影響金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能。
[0009]第二、該方法采用二氧化鈦溶液作為龜裂液，在去除龜裂模板的時(shí)候，由于二氧化鈦物理化學(xué)性能穩(wěn)定，因此由其制作的龜裂模板只能采用機(jī)械摩擦的方式去除，不僅去除工藝復(fù)雜，而且機(jī)械摩擦還會(huì)磨損襯底和金屬電極，分別影響金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能。
[0010]第三、按照該發(fā)明的方法制作金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，雖然突破了周期限制，但是否能夠解決高級(jí)次衍射能量分布不均勻的問(wèn)題，或在什么具體條件下才能解決問(wèn)題，沒(méi)有進(jìn)行討論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)上述缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)及制作方法，該方法不僅回避使用二氧化鈦溶液，避免因金屬線寬增加而降低金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)透光性能的問(wèn)題，而且無(wú)需采用機(jī)械摩擦的方式去除模板，避免傳統(tǒng)機(jī)械摩擦方式同時(shí)降低金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能，還給出能夠解決高級(jí)次衍射能量分布不均勻問(wèn)題的具體加工條件，使本發(fā)明方法制作出的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，不僅具有良好的電磁屏蔽性能，而且在解決高級(jí)次衍射能量分布不均勻問(wèn)題時(shí)，達(dá)到了不發(fā)生明顯衍射的效果，具有良好的透光性能。
[0012]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，
[0014]包括襯底，分布在襯底上的透明網(wǎng)柵膜，所述的透明網(wǎng)柵膜表面具有周期開(kāi)孔陣列；
[0015]所述的透明網(wǎng)柵膜的形狀為20?25°C溫度和50?80% RH濕度條件下，含有丙烯酸樹(shù)脂的裂紋甲油自然干燥形成的圖形；
[0016]所述的周期開(kāi)孔陣列內(nèi)部，具有以下兩種結(jié)構(gòu)中的一種:
[0017]結(jié)構(gòu)一、不含有透明網(wǎng)柵膜；
[0018]結(jié)構(gòu)二、含有透明網(wǎng)柵膜，孔內(nèi)的透明網(wǎng)柵膜和孔外的透明網(wǎng)柵膜不連通。
[0019]一種金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，包括襯底，分布在襯底上的透明網(wǎng)柵膜和周期開(kāi)孔陣列；所述透明網(wǎng)柵膜和周期開(kāi)孔陣列是前述對(duì)應(yīng)位置的互換。
[0020]上述金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，所述的周期開(kāi)孔陣列的形狀為以下兩類結(jié)構(gòu)中的一種:
[0021]結(jié)構(gòu)一、周期開(kāi)孔形狀為圓環(huán)、方環(huán)、六邊形環(huán)等環(huán)形孔隙；
[0022]結(jié)構(gòu)二、圓形、方形、六邊形等實(shí)心孔隙。
[0023]一種上述金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0024]步驟a，在襯底的上表面制作頻率選擇表面諧振單元掩模結(jié)構(gòu)；
[0025]步驟b，在頻率選擇表面諧振單元掩模結(jié)構(gòu)上表面和頻率選擇表面諧振單元掩模結(jié)構(gòu)沒(méi)有覆蓋到的襯底上表面采用旋涂法涂覆含有水性丙烯酸樹(shù)脂的裂紋甲油，形成掩模層薄膜；
[0026]步驟C，在密閉腔室中，控制腔室溫度為20?25°C，濕度為50?80% RH，將掩模層薄膜自然干燥，形成裂紋模板；
[0027]步驟d，采用磁控濺射方式或電子束蒸鍍方式，在裂紋模板的表面沉積導(dǎo)電金屬層；
[0028]步驟e，采用裂紋甲油清洗劑或氯仿溶液溶解去除裂紋模板；
[0029]步驟f，去除頻率選擇表面諧振單元掩模結(jié)構(gòu)，得到金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)。
[0030]上述金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，步驟b所述的裂紋甲油采用稀釋劑稀釋，稀釋比例k定義為稀釋劑與裂紋甲油的體積比，并且I < k < 7。
[0031]步驟c所述的裂紋模板的平均裂紋寬度w與掩模層薄膜厚度h之間的關(guān)系為:
[0032]w = 0.342ea 266h
[0033]式中，w為裂紋模板的平均裂紋寬度，單位μπι ;h為掩模層薄膜厚度，單位μπι。
[0034]步驟c所述的裂紋模板的平均裂紋間隔d與掩模層薄膜厚度h之間的關(guān)系為:
[0035]d = 15.8eai69h
[0036]式中，d為裂紋模板的平均裂紋間隔，單位ym ;h為掩模層薄膜厚度，單位ym。
[0037]所述的厚度h與旋涂轉(zhuǎn)速r之間滿足:
[0038]h = (1.283-0.251nk) (0.008r4-0.237r3+2.542r2-ll.98r+25.64)
[0039]式中，r的取值范圍在lkr/min至6kr/min之間。
[0040]上述金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法，步驟a所述的襯底的材料為石英、ZnS, 1%&或PET等光學(xué)窗材料。
[0041]有益效果:
[0042]第一、由于使用含有水性丙烯酸樹(shù)脂的裂紋甲油作為掩模液，而這種掩模液在龜裂過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生體積嚴(yán)重收縮及裂縫嚴(yán)重翹曲，因此不會(huì)造成裂縫寬度增加，解決了因金屬線寬增加而降低金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)透光性能的問(wèn)題。
[0043]第二、由于使用含有水性丙烯酸樹(shù)脂的裂紋甲油作為掩模液，而這種掩模液在裂紋甲油清洗劑或氯仿溶液能夠溶解，即采用溶解的方式即可去除裂紋模板，因此解決了因使用傳統(tǒng)機(jī)械摩擦而造成的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能和電磁屏蔽性能降低的問(wèn)題。
[0044]第三、由于給出了密閉腔室的溫度為20?25°C，濕度為50?80% RH的條件，在此條件下制作出的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，在解決高級(jí)次衍射能量分布不均勻問(wèn)題時(shí)，甚至達(dá)到了不發(fā)生明顯衍射的效果，提高了金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的透光性能。
【附圖說(shuō)明】
[0045]圖1是周期開(kāi)孔陣列為方環(huán)形時(shí)的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]圖2是本發(fā)明金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作方法流程圖。
[0047]圖3是本發(fā)明金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的制作工藝流程圖。
[0048]圖中:1襯底、2透明網(wǎng)柵膜、21掩模層薄膜、22裂紋模板、23導(dǎo)電金屬層、3周期開(kāi)孔陣列、4頻率選擇表面諧振單元掩模結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0050]具體實(shí)施例一
[0051 ] 本實(shí)施例為金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)實(shí)施例。
[0052] 本實(shí)施例的金屬網(wǎng)柵頻率選擇表面結(jié)構(gòu)，包括襯底1，分布在襯底I上的透明網(wǎng)柵膜2，所述