本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种双层矩形孔微纳结构的制备方法。
背景技术
天然手性分子在生物医药领域被广泛利用，但天然手性分子的信号非常弱，这就给天然手性分子的进一步研究与利用造成了很大的障碍。目前，天然手性分子的探测主要是通过该分子的非对称传输(asymmetrictransmission，at)信号来进行探测，但由于天然手性分子的手性很弱，故而其非对称传输信号也非常微弱，探测难度较大。目前解决的办法主要是通过制备非对称传输效应比较强烈的人造金属微纳结构与天然手性分子结合增加其手性信号。
人造金属微纳结构按照其结构分为平面结构、双层结构和多层结构，平面结构制备简单，但at信号也最弱；双层和多层结构at信号强，但制备复杂。单层孔缝结构是比较常见的一种基本结构，研究发现将两个矩形孔结构上下组合，利用两层间的耦合，可以达到级联放大的效果，尤其是当两层结构上的矩形孔正对时，该结构的at信号可达到最大，at＝39％。由于目前的技术限制，该结构主要还停留在理论研究阶段，主要是因为该结构在制备过程中需要对两个单层结构分别进行曝光，然后再将两层纳米结构进行精准组合，因该结构本身为纳米量级，在进行双层纳米结构组合时，由于仪器精度和系统误差的限制，上下两层的矩形孔很难完全校准，误差较大，很难达到该结构at信号的理论值，这就给实际制备应用造成了很大困难，限制了对其进一步的研究与应用。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的双层矩形孔微纳结构两层矩形孔之间位置很难完全校准的问题，本发明提供了一种双层矩形孔微纳结构的制备方法，采用了先涂覆pmma光刻胶，然后曝光设计图形中矩形孔图形，经显影定影腐蚀掉除未曝光部分的pmma光刻胶，留下曝光变性后的矩形孔形状的pmma胶柱，在含有胶柱的基底上蒸镀各纳米层，最后再剥离胶柱的制备方法，解决了上下单层结构之间矩形孔很难完全校准的问题，达到了简化制备工艺，降低制备难度，提高结构制备精度的效果。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种双层矩形孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，设计图形：用图形发生器设计双层矩形孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ito玻璃基底并清洗吹干；
步骤3，涂光刻胶：用甩胶机在步骤2准备好的ito玻璃基底上涂覆pmma光刻胶，厚度为h；
步骤4，涂胶后烘干：将步骤3涂覆pmma光刻胶的基底放在热板上烘干；
步骤5，曝光：电子束曝光步骤1中设计的微纳结构矩形孔图形，得到曝光后的基底；
步骤6，显影：常温下，将步骤5中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影，得到形状为微纳结构图形中矩形孔部分形状的pmma胶柱，高度为h；
步骤7，定影：将步骤6浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影，定影完成后将基底取出，用氮气吹干；
步骤8，定影后烘干：将步骤7浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干；
步骤9，镀镍：将步骤8定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机镀镍；
步骤10，蒸镀纳米层：根据实验要求设定各纳米层的材料与厚度，在步骤9得到含有镍层的基底上由下及上依次蒸镀各纳米层；
步骤11，剥离pmma光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤10真空蒸镀后的基底泡在丙酮中，时间至少为12h，溶解pmma胶柱，步骤10中蒸镀在胶柱顶部的各纳米层随着pmma光刻胶的溶解一起脱落；
步骤12，吹干：用氮气枪吹干步骤11得到的剥离pmma光刻胶后的微纳结构，得到所述双层矩形孔微纳结构。
进一步地，所述步骤2具体操作为：准备尺寸为20.0mm长×20.0mm宽×2.0mm厚的ito玻璃，并将准备的ito玻璃放入洗涤液中清洗，依次用去离子水、丙酮和无水酒精各超声15min后，然后用去离子水超声清洗5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。
进一步地，步骤3中涂覆光刻胶厚度h大于镍层与各纳米层厚度之和，且h≦100nm。
进一步地，步骤3中，所述甩胶机的转速为4000rpm，时间为60s。
进一步地，步骤4和步骤8中，烘干的温度均为150℃，时间为3min。
进一步地，步骤3中，所述pmma光刻胶采用负胶。
进一步地，所述步骤6中浸泡显影的时间为60s。
进一步地，所述步骤6中显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成，浸泡定影的时间为20s。
进一步地，步骤9中，蒸镀镍的厚度为5～10nm。
进一步地，所述步骤9与步骤10中真空蒸发镀膜机的真空度不大于3×10-6torr。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本申请实施例的双层矩形孔微纳结构的制备方法由于在制备过程中采用了先涂覆pmma光刻胶，然后曝光刻蚀设计图形中的矩形孔图形部分，经显影定影腐蚀掉除未曝光部分的pmma光刻胶，留下曝光变性后的矩形孔形状的pmma胶柱，在含有胶柱的基底上蒸镀各纳米层，最后再剥离胶柱的制备方法，相比于传统工艺需要多次甩胶，然后应用电子束曝光两次的制备工艺，由于目前技术的限制和系统误差的制约，在双层结构组合时，很难使得上下两层矩形孔完全对齐，制备工艺复杂，且对实验仪器和操作人员的要求很高，本申请实施例将制备工艺简化，无需多次甩胶、两次曝光和精密的校准步骤，解决了上下单层结构之间矩形孔很难完全校准的问题，达到了简化制备工艺，降低制备难度，提高结构制备精度的效果，制备方法简单，对操作人员要求低，降低制备成本。
(2)本申请实施例的制备方法利用先制备胶柱，然后在胶柱的基础上蒸镀各纳米层，保证了上下两层矩形孔直接可以严格对齐，保证了制备结构的精密度，从而保证了该结构的强非对称传输效果。
(3)本申请实施例的制备方法，不需要相比于传统制备方法，不需要二次曝光，只需要在镀膜机中依次蒸镀各纳米层即可，在蒸镀过程中无需将样品拿出进行二曝光，避免样品被污染和受到外界条件的影响，从而保证了样品的清洁度和精度。
(4)本申请实施例基底为玻璃基底，可方便倾斜，方便地制备不同倾斜角度的纳米孔洞结构，为日后研究入射光从不同角度照射激发和不同倾斜角度的矩形孔对at效应的影响提供结构基础，提升了该结构的实际应用宽度。
附图说明
图1是本申请实施例一制备方法中设计的双层矩形孔微纳结构图；
图2是本申请实施例一制备方法中基底上涂覆光刻胶后的结构示意图；
图3是本申请实施例一制备方法中电子束刻蚀结构示意图；
图4是本申请实施例一制备方法中经显影定影后形成胶柱结构示意图；
图5是本申请实施例一制备方法中蒸镀镍和各纳米层后的结构示意图；
图6是本申请实施例一制备方法剥离pmma光刻胶后的双层矩形孔微纳结构示意图。
其中，1、玻璃基底；21、pmma光刻胶；22、胶柱；3、镍层；41、第一纳米层；42、第二纳米层；43、第三纳米层。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的双层矩形孔微纳结构两层矩形孔位置很难完全校准的问题，本申请实施例提供了一种双层矩形孔微纳结构的制备方法，采用了先涂覆pmma光刻胶，然后曝光刻蚀设计图形中的矩形孔图形部分，经显影定影腐蚀掉除未曝光部分的pmma光刻胶，留下曝光变性后的矩形孔形状的pmma胶柱，在含有胶柱的基底上蒸镀各纳米层，最后再剥离胶柱的制备方法，解决了上下层结构之间矩形孔很难完全校准的问题，达到了简化制备工艺，降低制备难度，提高结构制备精度的效果。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
本申请实施例公开了一种双层矩形孔微纳结构的制备方法，包括以下步骤：设计图形、准备基底、涂光刻胶、烘干、曝光、显影、定影、烘干、镀镍、蒸镀纳米层、剥离pmma光刻胶和吹干。具体的：
步骤1，设计图形：如图1所示，用图形发生器设计双层矩形孔微纳结构图形；
步骤2，准备基底：准备ito玻璃基底1并清洗吹干；
具体操作为：准备尺寸为20.0mm长×20.0mm宽×2.0mm厚的ito玻璃，并将准备的ito玻璃放入洗涤液中清洗，依次用去离子水、丙酮和无水酒精各超声15min后，然后用去离子水超声清洗5min，最后用氮气枪吹干后放入氮气柜中备用。
本实施例基底采用ito玻璃，ito玻璃为导电玻璃，可以在结构成型后增加电极使用时导通电流，为通过电场调控非对称传输和圆二色性等提供必要条件。此外，在电子束曝光刻蚀的时候，电子束照射的仅为结构中矩形孔图形部分，能量比较聚集，ito玻璃具有良好的导电性能，可以将电子束的能量有效分散开来，避免局部电荷振动过激引起穿孔等造成实验失败等。
步骤3，涂光刻胶：用甩胶机在步骤2准备好的ito玻璃基底1上涂覆pmma光刻胶21，厚度为h；
具体的，所述甩胶机的转速为4000rpm，时间为60s。如图2所示，在准备好的玻璃基底1上涂覆的pmma光刻胶21，在电子束曝光刻蚀过程中，电子束距目标物的距离在100nm以内曝光，本申请实施例光刻胶厚度h≦100nm。
涂覆光刻胶21厚度h大于镍层3与各纳米层厚度之和，最后形成的pmma光刻胶21高度高于第三纳米层43的上表面，给步骤11中剥离pmma胶柱22留下溶剂腐蚀空间，便于后续工艺中pmma胶柱22的清洗。
本实施例pmma光刻胶21优选为负胶，负胶只需丙酮即可溶解，而正胶的溶剂配制复杂，在经蒸镀各纳米层后留下矩形孔状的胶柱22可被丙酮清洗去除，制备工艺简单方便，操作简单，对实验人员的操作要求低。
步骤4，涂胶后烘干：将步骤3涂覆pmma光刻胶21的基底1放在热板上烘干，烘干的温度为150℃，时间为3min。
步骤5，曝光：如图3所示，在计算机系统控制下，调整电子束聚焦在步骤3中准备好的基底1上，刻蚀所述微纳结构图形中矩形孔图形部分，pmma光刻胶21中的矩形孔图形部分光刻胶发生变性形成胶柱22，形成的胶柱22与原pmma光刻胶21具有不同的溶解特性，在下后续工艺中利用pmma胶柱22和pmma光刻胶21的溶解性的不同使其分离开来。
步骤6，显影：常温下，将步骤5中曝光好的基底1放入显影液中浸泡显影，显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成，浸泡显影的时间为60s。
具体而言：因为曝光前后的pmma负胶在本申请实施例显影剂中的溶解性不同，所以，未曝光过的pmma光刻胶21会被溶解去除，而经曝光的矩形孔状的胶柱22被保留下来，即可得到如图4所示形状为矩形孔形状的pmma胶柱22，高度为h。
步骤7，定影：将步骤6浸泡显影后的基底1放入定影液中浸泡定影，浸泡定影的时间为20s，定影完成后将基底1取出，用氮气吹干。
步骤8，定影后烘干：将步骤7浸泡定影后并吹干的基底1放在热板上烘干，烘干的温度为150℃，时间为3min。
步骤9，镀镍：将步骤8定影后烘干的基底1放入电子束真空蒸发镀膜机镀镍，以增加蒸镀的纳米层金属与玻璃基底1的粘附性。本申请实施例蒸镀镍层3的厚度优选为5～10nm，保证增加粘附性的同时避免因镍层3过厚而影响该结构的光学特性，造成其非对称传输信号的减弱。
步骤10，蒸镀纳米层：根据实验要求设定纳米层中各纳米层的材料与厚度，在步骤9得到含有镍层3的基底1上利用真空蒸发镀膜技术由下及上依次蒸镀第一纳米层41、第二纳米层42、第三纳米层43，得到如图5所示微纳结构。
具体而言：步骤9与步骤10中真空蒸发镀膜机的真空度不大于3×10-6torr。
步骤11，剥离pmma光刻胶：采用lift-off工艺，将步骤10真空蒸镀后的基底1泡在丙酮中，时间至少为12h，溶解pmma胶柱22，步骤9和步骤10中蒸镀在胶柱22顶部的镍层3和胶柱22顶部的各纳米层(非结构中的第一纳米层41、第二纳米层42、第三纳米层43)也随着pmma胶柱22的溶解一起脱落，即可得到如图6所示双层矩形孔微纳结构。
步骤12，吹干：用氮气枪吹干步骤11得到的剥离pmma胶柱22后的微纳结构，得到所述双层矩形孔微纳结构。
本实施例的双层矩形孔微纳结构的制备方法由于在制备过程中采用了先涂覆pmma光刻胶21，然后曝光刻蚀设计图形中的矩形孔图形部分，经显影定影腐蚀掉除未曝光部分的pmma光刻胶21，留下曝光变性后的矩形孔形状的pmma胶柱22，在含有胶柱22的基底1上蒸镀各纳米层，最后再剥离胶柱22的制备方法，相比于传统工艺需要多次甩胶，然后应用电子束曝光两次的制备工艺，由于目前技术的限制和系统误差的制约，在双层结构组合时，很难使得上下两层矩形孔完全对齐，制备工艺复杂，且对实验仪器和操作人员的要求很高，本申请实施例将制备工艺简化，无需多次甩胶、两次曝光和精密的校准步骤，解决了上下单层结构之间矩形孔很难完全校准的问题，达到了简化制备工艺，降低制备难度，提高结构制备精度的效果，制备方法简单，对操作人员要求低，降低制备成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。