金属光栅的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；设置一金属层在所述基底的表面；设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来；采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层的多个凸部的至少部分侧面，形成多个金属泛边层；以及采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。
【专利说明】金属光栅的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属光栅的制备方法，尤其涉及一种中空金属光栅的制备方法。
【背景技术】
[0002] 表面等离子体纳米结构是一种经过微纳精细加工设计出来的微纳结构，其结构间 的纳米间隙(通常在数十纳米到小于十纳米）在特定激发条件下，能实现几个数量级的场增 强，从而实现光的操控、调制，实现亚波长的超高分辨率。
[0003] 科研工作者们已经制备研究了多种表面等离子体纳米结构，其中包括贵金属纳米 粒子、纳米球及其核壳结构、纳米粒子对、自相似纳米粒子链、纳米星形粒子、纳米月亮以及 纳米光栅等等。其中，亚波长金属光栅是表面等离子体纳米结构的典型代表之一。这些表面 等离子体纳米结构具有优越的潜在应用潜力，主要包括材料痕量分析、光整形、光学仪器、 生化传感和计量标准等。
[0004] 目前，这些表面等离子体纳米结构的制备方法主要有：化学、胶体化学合成以及基 于刻蚀工艺的电子束刻蚀、纳米球刻蚀、全息光刻等。然而，这些方法中有的方法成本昂贵， 有的方法工艺复杂，有的方法制备精细结构的可控性差，因此制约了表面等离子体纳米结 构尤其是亚波长金属光栅的研究和应用。
[0005] 中空金属光栅是一类特殊的杂化纳米结构，其以亚波长光栅为载体，能实现了诸 多等离子体物化特性，且不需要构筑特定的精细纳米结构，给纳米制备提供了多种选择方 案，方便加工。然而，目前，还没有发展出一种制备该种中空金属光栅的方法。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，确有必要提供一种中空金属光栅的制备方法以及利用该方法制备获得 的金属光栅。
[0007] -种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤： 提供一基底； 设置一金属层在所述基底的表面； 设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位 于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来； 采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒 或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层的多个凸部的至少部分侧 面，形成多个金属泛边层；以及 采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述 相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。
[0008] 与现有技术相比，本发明利用物理性刻蚀气体在刻蚀金属层时所产生的泛边现象 制备多个"中空"或"空心"纳米结构，且该多个"中空"或"空心"纳米结构形成大面积的纳 米结构阵列。另外，该方法工艺简单、成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本发明实施例提供的制备金属光栅的工艺流程图。
[0010] 图2为制备掩模层的工艺流程图。
[0011] 图3为图1中金属光栅的立体结构示意图。
[0012] 图4为图1中金属光栅的剖面结构示意图。
[0013] 图5为图4中金属光栅的扫描电镜照片。
[0014] 图6为图5中金属光栅的尺寸具体参数。
[0015] 图7为金属光栅的另一立体结构示意图。
[0016] 主要元件符号说明
【权利要求】
1. 一种金属光栅的制备方法，其包括以下步骤： 提供一基底； 设置一金属层在所述基底的表面； 设置一图形化的掩模层在所述金属层的表面，该图形化的掩模层包括多个凸部以及位 于该多个凸部之间的多个凹部，所述金属层的部分表面通过所述多个凹部暴露出来； 采用等离子体刻蚀所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面，产生金属颗粒 或金属粉末，该金属颗粒或金属粉末附着于所述图形化的掩模层中多个凸部的至少部分侧 面，形成多个金属泛边层；以及 采用溶剂溶解去除所述图形化的掩模层，在所述图形化的掩模层的溶胀作用下，所述 相邻的多个金属泛边层相互搭接，形成多个空心金属结构，并获得一金属光栅。
2. 如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层的制 备包括以下步骤： 在所述金属层远离基底的表面依次形成完整的第一掩模层和完整的第二掩模层； 提供一表面具有纳米图案的模板，该模板的纳米图案与所述图形化的掩模层的纳米图 案互补； 将该模板具有纳米图案的表面与所述完整的第二掩模层贴合，并在常温下进行压印后 脱模，使所述纳米图案转移至所述第二掩模层，从而形成一图形化的第二掩模层； 以所述第二掩模层为掩模，刻蚀去除部分第一掩模层，从而形成一图形化的第一掩模 层；以及 去除所述图形化的第二掩模层，暴露出所述图形化的第一掩模层。
3. 如权利要求2所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述第二掩模层的材料为 HSQ 或 SOG。
4. 如权利要求2所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述第一掩模层的材料为 化学放大胶。
5. 如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层包括 多个相互平行且间隔设置的条带形凸部以及位于该多个条带形凸部之间的凹部，且每个条 带形凸部具有相对的两个侧边。
6. 如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层中的 多个凸部的高度在150纳米?420纳米之间，宽度在80纳米飞00纳米之间。
7. 如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述图形化的掩模层中的 多个凹部的宽度在20纳米飞00纳米之间。
8. 如权利要求5所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属泛边层附着在所 述条带形凸部的两个侧边。
9. 如权利要求8所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，采用溶剂溶解去除所述图 形化的掩模层，同时附着于所述相对的两个侧边的金属泛边层向远离该条带形凸部的方向 倾倒，并与相邻条带形凸部中相邻一侧的金属泛边层连接形成所述多个空心金属结构。
10. 如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层的厚度为20纳 米~200纳米。
11. 如权利要求1所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀通过采 用一物理性刻蚀气体对所述金属层通过所述多个凹部暴露出来的部分表面进行刻蚀，所述 物理性刻蚀气体的体积流量为2〇SCCnT8〇SCCm，其形成的压强为10帕飞0帕，刻蚀功率为 50瓦?150瓦，刻蚀时间为5秒?5分钟。
12.如权利要求11所述的金属光栅的制备方法，其特征在于，所述金属层为金，所述物 理性刻蚀气体为氩气，所述氩气的体积流量为48sccm，压强为26帕，功率为70瓦，刻蚀时间 为50秒。
【文档编号】B82Y20/00GK104459852SQ201310429906
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】朱振东, 李群庆, 白本锋, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司