专利名称：基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用"n"形金属结构的电磁特性，实现覆盖近红外'以及可见光频段的 大范围的连续的负磁导率，以及在负磁导率区域的通带特性的人工复合结构材料的设计和 制作。
背景技术：
有效磁导率是材料同外部电磁场相互作用的一个重要参数，近红外尤其是可见光波段的 负磁导率人工复合材料利用周期排布的纳米量级的非磁性的单元结构，同外部激励电磁波形 成共振，可以实现对材料的有效磁导率的调整，甚至得到负的有效磁导率。具备负磁导率的 人工复合材料在电磁领域具有广阔应用前景，例如，金属在近红外以及可见光波段具有负的 介电常数的特性，当负的磁导率以及负的介电常数结合时，材料能对入射光实现负折射；这 种材料的负折射特性可以应用在超分辨成像，隐身材料等方面。
目前普遍用来实现非磁性材料的磁共振的单元结构主要是开口环结构以及金属断线对结 构，当外部激励磁场垂直穿过开口环或者金属断线对所在平面时，能够激发出最大的磁共振 效应，但目前的由开口环结构构成的磁共振材料都属于平面结构类型，入射电磁波必须与材 料所在平面保持一定的夹角，才能形成足够强的磁共振来调节材料的有效磁导率，不能使用 正入射是这种类型的材料的一大缺点；而由金属断线对结构构成的磁共振材料虽然能够采用 正入射，但是其共振单元采用的是金属一电介质一金属的三层结构，这种三层结构需要三次 沉积过程，制作起来比较复杂。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有实现磁共振的人工复合材料的不足之处，提出一种基 于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料；该材料能够利用"n"形金属结构 以及两个"n"形金属结构的相邻的金属侧壁的电磁特性，实现覆盖近红外以及可见光频段 的大范围的连续的负磁导率，同时实现在负磁导率区域的通带特性。
本发明解决其问题所釆用的技术方案是基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人 工复合材料，其特征在于包括以下步骤
(1)选择石英基片，并将其表面抛光；然后在其表面蒸镀一层高纯Si02膜；
(2) 在高纯Si02膜表面蒸镀一层铬膜，然后在铬膜上均匀涂覆一层光刻胶；
(3) 采用电子束光刻的方法，在光刻胶上制备介质光栅结构；
(4) 采用湿法腐蚀技术，将光刻胶作为掩模，腐蚀掉裸露在外的铬膜；
(5) 采用干法腐蚀技术，将铬膜作为掩模，在高纯Si02膜上刻蚀出的介质光栅结构， 去除铬膜；
(6) 采用侧向真空沉积技术，在Si02光栅结构的一侧采用侧向沉积技术制作一层厚度 为h金属层；
(7) 再次采用侧向真空沉积技术，在Si02光栅结构的另一侧同样采用侧向沉积技术制 作相同厚度为h的金属层，最后形成顶部厚度为2h，侧壁宽度为h的"n"形金属结构， 一种 基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料制作完成。
所述步骤(1)中的高纯Si02膜的厚度为70纳米到80纳米。 所述步骤(2)中的铬膜厚度为25纳米至30纳米。
所述步骤(2)中的光刻胶为用于电子束刻蚀的PMMA光刻胶，其厚度为40纳米至60 纳米。
所述的步骤(3)中的介质光栅结构的周期为315纳米到325纳米，占空比为2.18:1 2.22:1。
所述步骤(5)中的干法腐蚀技术可以为等离子辅助刻蚀技术，刻蚀气体可选CF3。
所述步骤(6)和步骤(7)中的金属为同一种金属，为金、或银。
所述步骤(6)和步骤(7)中其一侧沉积厚度h为18纳米至22纳米。
所述步骤(6)和步骤(7)中侧向沉积的时候角度控制的原则为以Si02光栅的侧壁为
沉积的掩模，避免金属层沉积在裸露出来的石英基片上，具体角度根据光栅高度以及占空比
来确定。
本发明与同现有技术相比所具有的优点本发明采用湿法腐蚀和干法腐蚀结合将Si02 介质光栅制作在抛光石英基片上，利用侧向沉积技术，实现了在SiCb介质光栅上制作出 具有特异电磁特性的"n"形金属结构；本发明所制作的人工材料利用"n"形金属结构以及 两个"n"形金属结构的相邻的金属侧壁的电磁特性，可以同时实现近红外和可见光频段的 磁共振；通过调节光栅的填充材料，可以大范围的调节磁共振的位置，实现覆盖近红外 以及可见光频段的连续的负磁导率，同时实现在负磁导率区域的通带特性；本发明还具 有制作简便，单层损耗小，单层正入射实现，以及双频的特性，在磁共振、近场光学、 隐身材料等领域，具有启示的意义，以及很大的应用前景。
图1是本发明第一步的制作示意图； 图2是本发明第二步的制作示意图。 图3是本发明第三步的制作示意图。 图4是本发明第四步的制作示意图； 图5是本发明第五步的制作示意图； 图6是本发明第六步的制作示意图； 图7是本发明第六步的制作示意图8是本发明制作的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料结构示意
图中1为表面抛光的石英基片;2为蒸镀的Si02膜;3为蒸镀的铬膜；4为旋涂的PMMA 电子束光刻胶；5为侧向沉积的金属。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本 发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对本领域的技术人员即可 以实现本发明权利要求的全部内容。
如图1所示，第一步的制作示意图，首先选择石英基片1，并将其表面抛光；然后在其 表面蒸镀一层厚度为70纳米的高纯Si02膜2;
如图2所示，第二步的制作示意图，在高纯SiO2膜表面再次蒸镀厚度为30纳米铬膜3， 然后均匀涂覆厚度为50纳米的PMMA电子束光刻胶4;
如图3所示，第三步的制作示意图，采用电子束光刻的方法，在光刻胶4上制备出周期 320纳米，占空比为2.2:1的介质光栅结构；
如图4所示，第四步的制作示意图，采用湿法腐蚀技术，将光刻胶作为掩模，腐蚀掉裸 露在外的铬膜；
如图5所示，第五步的制作示意图，采用等离子辅助刻蚀技术，将铬膜作为掩模，以CHF3 为刻蚀气体，在高纯SiO2膜上刻蚀出厚度为70纳米的介质光栅结构，利用去铬液去除铬膜；
如图6所示，第六步的制作示意图，采用侧向真空沉积技术，在Si02光栅结构的一侧侧 向沉积厚度为20纳米的金属层5，侧向沉积时，角度控制的原则为以Si02光栅的侧壁为沉 积的掩模，避免金属层沉积在裸露出来的石英基片上，并依据具体采用的Si02光栅尺寸，本 实施例中侧向沉积的角度选择为45度，如箭头所指方向。
如图7所示，第七步的制作示意图，再次采用侧向真空沉积技术，在Si02介质光栅的的
另一侧沉积厚度为20纳米的金属层，沉积金属膜层过程中同样也要注意控制沉积金属的角度
控制，尽量避免金属沉积在石英基片上，依据具体采用的Si02光栅尺寸，这里选择侧向沉积
的角度为45度，如箭头所指方向，基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材 料制作完成，所得的人工结构复合材料的主视图，如图8所示。
通过以上方法所制作的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料，利 用"n"形金属结构以及两个"n"形金属结构的相邻的金属侧壁的电磁特性，可以同时实现 近红外和可见光频段的磁共振；而且通过调节光栅的填充材料，可以大范围的调节磁共 振的位置，实现覆盖近红外以及可见光频段的连续的负磁导率，同时实现在负磁导率区 域的通带特性。
权利要求
1、基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料，其特征在于包括以下步骤(1)选择石英基片，并将其表面抛光；然后在其表面蒸镀一层高纯SiO2膜；(2)在高纯SiO2膜表面蒸镀一层铬膜，然后在铬膜上均匀涂覆一层光刻胶；(3)采用电子束光刻的方法，在光刻胶上制备介质光栅结构；(4)采用湿法腐蚀技术，将光刻胶作为掩模，腐蚀掉裸露在外的铬膜；(5)采用干法腐蚀技术，将铬膜作为掩模，在高纯SiO2膜上刻蚀出的介质光栅结构，去除铬膜；(6)采用侧向真空沉积技术，在SiO2光栅结构的一侧采用侧向沉积技术制作一层厚度为h金属层；(7)再次采用侧向真空沉积技术，在SiO2光栅结构的另一侧同样采用侧向沉积技术制作相同厚度为h的金属层，最后形成顶部厚度为2h，侧壁宽度为h的“п”形金属结构，一种基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料制作完成。
2、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(1)中的高纯Si02膜的厚度为70纳米到80纳米。
3、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述的步骤(2)中的铬膜厚度为25纳米至30纳米。
4、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(2)中的光刻胶为用于电子束刻蚀的PMMA光刻胶，其厚度为40 纳米至60纳米。
5、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述的步骤(3)中的介质光栅结构的周期为315纳米到325纳米，占空比为 2.18:1 2.22:1。
6、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(5)中的干法腐蚀技术可以为等离子辅助刻蚀技术，刻蚀气体可选 CF3。
7、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(6)和步骤(7)中的金属为同一种金属，为金、或银。
8、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(6)和步骤(7)中其一侧沉积厚度h为18纳米至22纳米。
9、 根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料， 其特征在于所述步骤(6)和步骤(7)中侧向沉积的时候角度控制的原则为以Si02光栅的侧壁为沉积的掩模，避免金属层沉积在裸露出来的石英基片上，具体角度根据光栅高度以 及占空比来确定。
全文摘要
基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料，其特征在于选择石英基片并将表面抛光，在其表面蒸镀SiO<sub>2</sub>膜；在SiO<sub>2</sub>膜表面蒸镀铬膜，在铬膜上涂覆光刻胶层；采用电子束光刻方法，在光刻胶上制备介质光栅结构；采用湿法腐蚀技术，将光刻胶作为掩模，腐蚀裸露铬膜；采用干法腐蚀技术，将铬膜作掩模，在SiO<sub>2</sub>膜上刻蚀介质光栅结构，去除铬膜；采用侧向真空沉积技术，在SiO<sub>2</sub>光栅结构一侧侧向沉积厚度h金属层；同样在SiO<sub>2</sub>光栅结构另一侧沉积相同厚度的金属层，形成顶部厚度2h，侧壁宽度h的“Π”形金属结构，基于非对称金属光栅结构的双频可调磁共振人工复合材料制作完成。本发明具有制作简便，单层损耗小，单层正入射以及双频的特性，在磁共振、近场光学、隐身材料等领域具有启示的意义以及很大的应用前景。
文档编号G03F7/004GK101386984SQ20081022352
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月6日 优先权日2008年10月6日
发明者罗先刚, 胡承刚, 赵泽宇, 陈旭南 申请人:中国科学院光电技术研究所