一种近零介电常数可控基底及其制备方法与流程

本发明属于薄膜表面改性技术领域，具体涉及一种近零介电常数可控基底及其制备方法。

背景技术：

近零介电常数(enz，epsilonnearzero)超材料指相对介电常数无限趋近于零的一类超材料。当相对介电常数趋近于零时，相速度将会变得非常大，对于光波来说阻抗接近于零，相变化无限小，因此enz超材料可以对电磁波进行定向发射或者相前塑形。此外enz超材料还可以调制光的极化方向，并加强光的非线性，自发辐射率和光子态密度。

enz模式是强烈的局域共振模式，这种模式仅存在与介电常数为零或近零的亚波长纳米材料中。近年来，关于enz模式的调控大都是通过掺杂物质以及改变其生长条件来实现，实验周期长，操作复杂。然而enz材料有广阔的应用，2006年silveirinha等理论研究了利用近零材料(enz)压缩电磁波，形成电磁波隧道，从而实现电磁波辐射模式的转换，2007年又提出了用enz材料实现电磁波超耦合、压缩和约束的理论等等.基于enz材料的特性，其在光子器件和光互连领域以及光子信号处理与cmos兼容等领域有广阔的应用前景，因此寻找一个周期短、操作简便的对enz的调控方式迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种近零介电常数可控基底的制备方法及基底，该制备方法制作周期短、操作简便，制备得到的近零介电常数可控基底性能可控性高、灵敏度好。

本发明提供了一种近零介电常数可控基底的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤1，将洁净的基片放置于电子束真空蒸发设备中，采用电子束蒸发法在基片上沉积具有近零介电常数特性的膜料，得到透明导电的薄膜；步骤2，在大气环境中，采用脉冲激光器以一定激光参数辐照薄膜的表面，使薄膜改性得到近零介电常数可控基底。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，脉冲激光器为1064纳秒脉冲激光器，该1064纳秒脉冲激光器的激光总功率为20w，薄膜的厚度为300nm，激光参数包含焦距7.5cm，脉宽13ns，频率170khz，光斑大小0.1mm，线间距0.01mm，扫描速率600mm/s，激光功率为激光总功率的10％。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，激光功率还可以为激光总功率的11％、12％或者13％。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，近零介电常数可控基底膜料为氧化铟锡、掺铝的氧化锌或氮化钛中的任意一种。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，由氧化铟锡的纯度为99.99％，由质量分数之比为9：1的氧化铟和氧化锡组成。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，在真空度低于9.0×10^-4pa的条件下在基片上沉积膜料。

在本发明提供的近零介电常数可控基底的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，基片为石英基片。

本发明还提供了一种近零介电常数可控基底，具有这样的特征，由近零介电常数可控基底的制备方法制备得到。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的近零介电常数可控基底的制备方法，先用电子束蒸发法在基片上沉积具有近零介电常数特性的膜料，得到透明导电的薄膜；再在大气环境中，采用脉冲激光器以一定激光参数辐照所薄膜的表面，使薄膜改性得到近零介电常数可控基底。因为本发明所提供的近零介电常数可控基底的制备方法涉及步骤少，使用的设备及材料均易采购，制备过程快速便捷，耗时短，并且通过调节激光参数的方法能够方便地得到介电常数实部近零点的大波段范围的调控，所以本发明所提供的近零介电常数可控基底的制备方法成本低、工艺周期短。

另外，采用本发明所提供的近零介电常数可控基底的制备方法制备得到的近零介电常数可控基底具有良好的灵敏度，在光子器件和光互连领域具以及光子信号处理与cmos兼容非线性光学等领域有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的实施例中的近零介电常数可控基底的制备工艺示意图；

图2是本发明的实施例1-4中的近零介电常数可控基底的紫外/可见/近红外吸收光谱曲线图；以及

图3是本发明的实施例1-4中的近零介电常数可控基底的介电常数图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明近零介电常数可控基底及其制备方法作具体阐述。

本发明的实施例中，除特别说明外，所用的试剂及原料均通过一般商业途径购买。

本发明的实施例提供的近零介电常数可控基底的制备方法如下：

步骤1，将洁净的基片放置于电子束真空蒸发设备中，采用电子束蒸发法在基片上沉积具有近零介电常数特性的膜料，得到透明导电的薄膜。

步骤2，在大气环境中，采用脉冲激光器以一定激光参数辐照薄膜的表面，使薄膜改性得到近零介电常数可控基底。

其中，膜料可以是氧化铟锡(ito)、掺铝的氧化锌(azo)或氮化钛(tin)中的任意一种。选择石英作为基片，用丙酮、酒精、去离子水依次对石英基片进行超声波清洗，除去表面氧化物或杂质，得到洁净的石英基片。

图1是本发明的实施例中的近零介电常数可控基底的制备工艺示意图。其中，图1(a)是氧化铟锡(ito)薄膜在石英基片上沉积的示意图，图1(b)是激光辐照氧化铟锡(ito)薄膜的示意图，图1(c)是近零介电常数可控基底的示意图。

如图1所示，先用电子束蒸发法在石英基片上沉积氧化铟锡(ito)膜料，得到透明导电的ito薄膜紧密贴合在石英基片的表面；再用一定功率的激光辐照在ito薄膜的表面，使ito薄膜改性，从而得到近零介电常数可控基底。

<实施例1>

本实施例对近零介电常数可控基底的制备方法进行描述。

步骤1，将洁净的基片放置于电子束真空蒸发设备中，采用电子束蒸发法在基片上沉积具有近零介电常数特性的膜料，得到透明导电的薄膜。

在本实施例中，选择纯度为纯度为99.99％的氧化铟锡(ito)作为膜料，由90wt.％(氧化铟)in2o3和10wt.％(氧化锡)sno2组成。选择石英基片作为基片。保持电子束真空蒸发设备中的真空度低于9.0×10^-4pa，在石英基片表面沉积ito，得到300nm厚的透明导电的ito薄膜。

步骤2，在大气环境中，采用脉冲激光器以一定激光参数辐照薄膜的表面，使薄膜改性得到近零介电常数可控基底。

在本实施例中，采用1064纳秒脉冲激光器，对ito薄膜进行激光辐照，得到近零介电常数可控基底。1064纳秒脉冲激光器的激光总功率为20w，发射的激光的波长1064nm，所选用的参数为：焦距7.5cm，脉宽13ns，频率170khz,光斑大小0.1mm，线间距0.01mm，形状大小4mm*8mm矩形，扫描速率600mm/s，激光功率为激光总功率的10％，即2w。

<实施例2>

本实施例中，除1064纳秒脉冲激光器在辐照ito薄膜时采用的激光功率不同外，其余部分均与实施例1相同，故不再赘述。本实施例中，激光功率为激光总功率的10％，即2.2w。

<实施例3>

本实施例中，除1064纳秒脉冲激光器在辐照ito薄膜时采用的激光功率不同外，其余部分均与实施例1相同，故不再赘述。本实施例中，激光功率为激光总功率的12％，即2.4w。

<实施例4>

本实施例中，除1064纳秒脉冲激光器在辐照ito薄膜时采用的激光功率不同外，其余部分均与实施例1相同，故不再赘述。本实施例中，激光功率为激光总功率的13％，即2.6w。

对实施例1-4制备得到的近零介电常数可控基底进行吸收光谱检测和介电常数检测。

吸收光谱检测采用lambda1050紫外/可见/近红外分光光度计进行，吸收光谱检测结果见图2。

图2是本发明的实施例1-4中的近零介电常数可控基底的紫外/可见/近红外吸收光谱曲线图。

从图2可知，横坐标表示波长(单位：nm)，纵坐标表示吸光度(单位a.u.)，10％、11％、12％、13％依次对应实施例1-4中的近零介电常数可控基底，ito表示未经辐照的ito薄膜。

ito薄膜吸收曲线在300nm-800nm之间出现了ito的吸收峰。经过激光辐照后，近零介电常数可控基底在300nm-800nm之间没有出峰，并且随着辐照时激光功率的增加，得到的近零介电常数可控基底的近红外的吸收边依次减小，即1000nm以后的吸收边依次减小。

介电常数检测采用horiba生产的uvisel-er型号的椭圆偏振光谱仪进行，介电常数检测结果见图3。

图3是本发明的实施例1-4中的近零介电常数可控基底的介电常数图。

从图3可知，本图为介电常数实部和虚部与波长的曲线图，其中横坐标表示波长(单位：nm)，左侧纵坐标表示介电常数的实部(re(epsilon))，右侧左侧纵坐标表示介电常数的虚部(im(epsilon))，图中虚线为近零介电常数实部为0时的水平线。10％、11％、12％、13％依次对应实施例1-4中的近零介电常数可控基底，ito表示未处理的ito薄膜。随着激光功率的增加，实现了介电常数实部零点从1137nm到2001nm的红移。

实施例的作用与效果

根据本发明的实施例所涉及的近零介电常数可控基底的制备方法，先用电子束蒸发法在石英基片上沉积具有近零介电常数特性的膜料，得到透明导电的薄膜；再在大气环境中，采用脉冲激光器以一定激光参数辐照所薄膜的表面，使薄膜改性得到近零介电常数可控基底。因为本发明的实施例中所描述的近零介电常数可控基底的制备方法涉及步骤少，使用的设备及材料均易采购，制备过程快速便捷，耗时短，并且通过调节激光参数的方法能够方便地得到介电常数实部近零点的大波段范围的调控，所以本发明的实施例中所描述的近零介电常数可控基底的制备方法成本低、工艺周期短。

另外，用本发明的实施例中所描述的近零介电常数可控基底的制备方法制备得到的近零介电常数可控基底具有良好的灵敏度，在光子器件和光互连领域具以及光子信号处理与cmos兼容非线性光学等领域有广阔的应用前景。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。