超材料结构及其压力变化确定方法和超材料表面制造方法与流程

1.本示例实施例总体上涉及在基底上产生(创造)特定纳米结构以改善表面等离子体共振模式的角度独立性(angle independence)。


背景技术：

2.测量眼内压(intraocular pressure)可能是具有挑战性的。当前技术需要昂贵、笨重的传感器。这些传感器可能需要眼睛静止，并且传感器以固定的入射角放置在眼睛上。另一方面，可以包括等离子体材料的超材料具有对当前方法进行各种改善的潜力，所述潜力包括减小的尺寸和减小的角度依赖性(angle dependence)。超材料当前不是角度无关的，并且不能嵌入在眼睛中。需要一种角度无关或具有减小的角度依赖性的超材料。


技术实现要素：

3.示例实施例提供了一种超材料结构，所述超材料结构包括：基底；纳米结构，以图案定位在基底上或基底内，其中，纳米结构是抛物面形状(paraboloid shaped)并且是周期性的。另一示例实施例提供了一种制造超材料表面的方法，所述方法包括：在基底上沉积纳米结构金属；以及由纳米结构金属形成抛物面。又一示例实施例提供了一种确定压力变化的方法，所述方法包括：在超材料结构上接收波长光谱；测量从超材料结构反射的峰值波长；以及将反射的峰值波长与参考点进行比较。
附图说明
4.图1描绘了本示例实施例的纳米结构的示例性实施例。
5.图2a描绘了图1的纳米结构的侧视图。
6.图2b描绘了本示例实施例的纳米结构的侧视图。
7.图2c描绘了基于图1的纳米结构的实验变化的高度和直径值的实验测试。
8.图3描绘了图1的两种不同形状的纳米结构的示例比较。
9.图4描绘了用于制造图1的纳米结构的制造工艺。
10.图5描绘了图4的制造工艺中的工艺。
11.图6a描绘了传感器的示例实施例。
12.图6b以俯视图描绘了传感器的示例实施例。
13.图7描绘了通过使用具有图3的第一纳米结构类型和第二纳米结构类型的图6a和图6b的结构在变化的压力下的图2a至图2c的反射光谱的峰值波长的变化的压力测量。
具体实施方式
14.超材料能够以非传统方式与光相互作用。超材料可以包括分布在表面上的纳米结构阵列。光谱(诸如可见光谱)可以与纳米结构相互作用。等离子体材料可以是一种超材料。可能存在表面等离子体(surface plasmon，sp)模式，其中，光谱可以导致超材料的纳米结
构表面上的电荷分布，所述电荷分布可以在正电荷与负电荷之间周期性地振荡。
15.当纳米结构具有一定的形状和分布时，可以发生表面等离子体模式(surface plasmon mode)。在一些实施例中，纳米结构可以成形如抛物面，并且所述分布可以包括可以是六边形形状的重叠瓦片(overlapping tile)。表面等离子体模式(也被称为垂直平面模式(normal-to-plane mode))与纳米结构的分布可以一起相互作用，以比其它波长大得多的强度反射来自光谱的一个波长，这可以被称为“反射的峰值波长”或“目标波长”。纳米结构可以能够以垂直平面模式操作。针对许多超材料，入射角可以改变反射的峰值波长。然而，在抛物面形状的纳米结构和重叠瓦片分布的情况下，与其它形状和分布的纳米结构相比，入射角的变化可以引起反射的峰值波长的变化显著降低。
16.峰值波长对入射角的这种极大降低的依赖性可以形成术语“角度独立性(angle independence)”，这里使用术语“角度独立性”来描述这种现象。
17.此外，当纳米结构被拉伸或压缩时，反射的峰值波长可以改变。当纳米结构是压力感测装置的一部分时，改变反射的峰值波长的这种性质可以用于测量压力变化。最终，如果纳米结构暴露于位于其表面上的液体，那么也可以发生峰值波长的变化。液体可以与纳米结构表面相互作用，以改变峰值波长偏移(shift)。改变峰值波长偏移的这种性质可以用于识别化学分析传感器中的化学物质。
18.虽然传统的处理技术可以允许包括盘和柱的形状，但是没有一种处理技术可以允许可以以纳米级制造的抛物面或其它圆形形状。如将描述的，这些处理技术可以使垂直平面模式的纳米结构成为可能。
19.图1描绘了结构100的示例实施例。结构100可以包括纳米结构101。纳米结构101可以嵌入在基底105内，或者可以在基底105的顶部上。纳米结构101可以以图案103组织。
20.在一些实施例中，纳米结构101可以是金、铝、银、铜、掺杂铝的氧化锌、氧化铟锡、氮化钛、砷化铟镓、氧化钨、钛-钨或者任何其它金属或金属合金，然而，纳米结构101也可以由未列出的其它材料制成。纳米结构101可以以图案103分布或者以图案103定位在基底105上或基底105内。图案103可以是周期性的，图案103可以是纳米结构的可重复分布。图案103可以具有诸如六边形图案的等距纳米结构101。图案103可以具有等距结构和非等距结构两者(即，是部分等距的)，诸如其中一些相邻的纳米结构可以是等距的而其它相邻的纳米结构具有不同的距离(例如，对角相邻)的方形图案(square pattern)。图案103可以是周期性的，或者图案103可以是半周期性的，其中，针对纳米结构中的一些可以是可重复的图案，而针对纳米结构的其它部分是非可重复的图案。
21.在一些实施例中，图案103可以形成可以是瓦片(tile)的镶嵌，。镶嵌可以是叠置(重叠)的，或者可以是非叠置的。图案103可以是周期性图案，它可以提供纳米结构101的等距间隔。等距可以是纳米结构之间的距离大致相等，但是可能由于制造技术的精度限制而具有变化的近似值，这将在稍后更详细地描述。
22.在一些实施例中，图案103可以是六边的，它可以是六边形瓦片(tile)图案，它也可以被称为六边形网格。纳米结构101可以形成六边形瓦片图案，其中，六个纳米结构可以形成六边形的六个顶点。在一些实施例中，纳米结构102a至102f可以形成代表六边形图案的示例性情况的图案103。可以存在嵌入在图案103内(诸如在图案103的中心处)的附加纳米结构，附加纳米结构可以是纳米结构102g。纳米结构102g可以形成纳米结构的另一图案
103的顶点。
23.纳米结构102a可以与纳米结构102b相距第一距离104。第一距离104可以被称为晶格常数(lattice constant)，并且可以是纳米结构102a的中心与纳米结构102b的中心之间的距离。此外，纳米结构102b可以与纳米结构102c相距第一距离104。第一距离104可以基于结构100的目标波长，并且可以针对峰值波长反射(peak wavelength reflection)来设计结构100，这将在图2c中更详细地描述。在一些实施例中，第一距离104可以在60nm与600nm之间。在其它实施例中，第一距离104针对较长的目标波长可以更大，而针对较短的目标波长可以更小。
24.由纳米结构102a到纳米结构102b形成的边缘与由纳米结构102b到纳米结构102c形成的边缘之间的角度可以是第一角度106。在一些实施例中，如果图案103是六边形，那么第一角度106可以为约120度。针对所有后续的纳米结构102a至102f，针对图案103的所有边缘和角度，第一距离104和第一角度106可以大致相同。
25.在可选实施例中，图案103的形状可以是能够镶嵌的任何形状。在一些实施例中，图案103可以针对所有纳米结构保持如先前描述的等距和等角性质。在另一实施例中，图案103可以不具有完全等距和等角的纳米结构。在另一实施例中，图案103可以不是周期性的，也就是说，可以存在其中纳米结构101可以彼此不等距的固定图案。如可以容易地理解的是，图案103可以可选地表示为构成六边形或方形图案的三角形(例如，等边三角形或等腰三角形)的平铺。
26.在一些实施例中，基底105可以是可允许基底弯曲的柔性或可拉伸材料(诸如聚二甲基硅氧烷(pdms))，但是也可以是其它材料。在另一实施例中，基底105可以是刚性的(诸如镍)，但是也可以是其它材料。在一些实施例中，基底105的厚度可以在100nm与50μm之间。
27.图2a描绘了图1的结构100的侧视图200。光谱201可以以第一入射角203a行进到结构100上，第一入射角203a也可以被称为第一角度203a。第一角度203a可以为0度(平行于结构100的平面)与90度(垂直于结构100的平面)之间的任何角度。在一些实施例中，光谱201可以包括可见光谱和近红外光谱中的任何波长或波长范围，这可以被称为宽带光(broadband light)。在另一实施例中，光谱201可以在不同的光谱范围(诸如近红外、紫外、微波或其它波长范围)内。可以存在第二入射角203b和第三入射角203c，它们也可以为0度与90度之间的任何角度。
28.光谱201可以与结构100相互作用并产生反射光谱202，反射光谱202可以以第一反射角204a从结构100反射。第一反射角204a可以为90度(垂直于结构100的平面)与180度(平行于结构100的平面)之间的任何角度。反射光谱202可以具有反射的峰值波长(也可以被称为目标波长)，并且所有其它波长可以具有很少反射至没有反射，这将在下面更详细地描述。也可以存在第二反射角204b和第三反射角204c，它们可以为90度与180度之间的任何角度。第一反射角204a可以取决于第一入射角203a。第二反射角204b可以取决于第二入射角203b，等等。
29.在一些实施例中，针对入射角203a至203c中的所有角度，反射光谱202可以大致相同。也就是说，结构100对光谱201的响应可以是角度无关的。角度无关(角度独立性)可能不是真正无关的(即，基于入射角203a至203c的反射光谱202中的精确的反射的峰值波长可能存在一些变化)，但是与其它超材料相比，这种角度依赖性大大降低。
30.反射的峰值波长可以基于入射角203a至203c而略微变化。例如，光谱201可以是在500nm至1000nm范围内的宽带光。第一入射角203a可以为30度，第二角度203b可以为45度，第三角度203c可以为60度。作为响应，反射光谱202针对第一角度203a可以具有约600nm的第一峰值波长，针对第二角度203b可以具有约602nm的第二峰值波长，针对第三角度203c可以具有约604nm的第三峰值波长。第一峰值波长、第二峰值波长和第三峰值波长可以基本类似，所以适用术语“角度无关(角度独立性)”，然而，在基于入射角203a至203c的反射光谱202中仍然可以存在小的波长变化。
31.在另一实施例中，当结构100被拉伸或者压缩时，针对任何给定角度的峰值波长可以改变。如果结构100被拉伸或者压缩，那么反射光谱202可以具有不同于第一峰值波长的新的峰值波长。如下面进一步描述的，新的峰值波长与第一峰值波长之间的差可以用于推断压力的变化。
32.在另一实施例中，当结构100暴露于液体或其它材料并且/或者与液体或其它材料接触时，峰值波长可以改变。可以基于峰值波长的变化来确定液体或其它材料的组成。如果结构100暴露纳米结构101并且液体或其它材料(诸如流体)与纳米结构101接触，那么反射光谱202可以相对于不存在所述材料的峰值波长而具有不同的峰值波长。第一峰值波长与所述不同的峰值波长之间的差异可以用于推断诸如与结构100接触的特定材料的存在的信息，并且可以稍后在描述中更详细地讨论。
33.结构100也可以是偏振无关的。也就是说，反射光谱202可以是偏振无关的。例如，光谱201可以具有不同的横向电(te)极化或横向磁(tm)极化。也就是说，针对光谱201的任何偏振，反射光谱202可以大致相同。
34.图2b描绘了纳米结构102a的侧视图210。可以示出z轴和x轴，且y轴进入侧视图210的平面。z轴可以描绘纳米结构102a的高度，x轴可以描绘纳米结构102a的宽度。在z轴的底部，纳米结构102a可以处于其最宽点，该最宽点可以是它的直径。纳米结构102a的直径被限定为纳米结构102a和其上形成有纳米结构102a的基体基底的交点。纳米结构102a的剖面可以沿着z-x平面示出。在一些实施例中，纳米结构102a在其基体处的直径可以为200nm，但是可以为10nm与2000nm之间的其它直径。纳米结构102a的高度可以为100nm，但是可以为例如在36nm与168nm之间的其它高度。
35.纳米结构102a的尺寸可以基于目标波长和所使用的材料而改变。解析针对目标波长的纳米结构的高度和直径需要求解两个变量(高度和直径)，并且随着一个变量在可接受的范围内变化，另一变量将相应地变化。在一些实施例中，纳米结构102a的高度可以在第一距离104的12％与56％之间。在一些实施例中，纳米结构102a的直径可以在第一距离104的40％与80％之间。
36.可以通过检测针对固定晶格常数的垂直平面模式并通过改变纳米结构102a的直径和高度来确定纳米结构102a的高度和直径。可以存在参数f和r，参数f和r可以与实验测试结合使用以确认垂直平面模式并确定可接受的高度值和直径值的范围。实验可以将变量f与r进行比较，f和r定义(限定)为：
37.f＝纳米结构102a的直径/晶格常数(即，第一距离104)；和
38.r＝纳米结构102a的高度/纳米结构102a的直径。
39.参照图2c，可以存在基于实验变化的高度值和直径值的实验测试220，并且实验测
试220可以针对固定的晶格常数的值将变量f和r进行比较。可以基于目标波长确定晶格常数的值，并且可以基于测试220的结果来确定纳米结构102a的最终高度和直径。测试220可以揭示区域221和223，并且可以存在边界线222。可以包括边界线222的区域223可以是其中存在垂直平面模式的区域，并且可以允许角度无关行为。区域221可以是其中不存在垂直平面模式的区域。
40.针对区域221中的纳米结构102a的高度值和直径值，光谱201的入射角会引起反射光谱202的峰值波长偏移的大的变化，这稍后将在图3和图7中更详细地描述。然而，针对区域223中的纳米结构102a的高度值和直径值，光谱201的入射角可以相对于区域221引起反射光谱202的峰值波长偏移的小的变化。也就是说，包括边界线222的区域223可以引起反射光谱202的角度无关的峰值波长偏移或与角度较小相关的峰值波长偏移。
41.此外，当针对图1的垂直平面(即，角度无关)模式的结构100执行光谱202的峰值波长偏移的测量时，可以期望具有较大的峰值波长偏移以更清楚地读取来自传感器600的结果，该传感器600可以在图6a和图6b和图7中描述。越远离边界线222进入到垂直平面模式区域中，可能发生的峰值波长偏移的变化越小。可能发生的峰值波长偏移的变化越小，可能执行测量就越困难。结构100的角度无关性质可以不改变，然而，当峰值波长的变化较小时，读取测量可能更困难。
42.纳米结构102a的高度、直径和晶格常数的物理参数可以影响反射光谱202的峰值波长偏移。然而，只要参数能够使垂直平面模式成为可能，那么所测量的峰值波长偏移可以由于入射角的角度而几乎没有差异(不同于区域221中发现的值)。因此，选择可以位于边界线222上的高度值和直径值可以是有利的。
43.晶格常数(第一距离104)可以基于目标波长来确定，该晶格常数可以是针对反射光谱202的反射的峰值波长，并且可以是目标波长的约1/2。例如，如果目标波长为620nm，那么晶格常数可以为约300nm。针对直径、高度和晶格常数的值的范围，可以存在垂直平面模式，以允许反射光谱202具有峰值波长偏移。在f和r的一些范围内，反射光谱202的峰值波长偏移可以比针对f和r的其它范围的大。
44.在一些实施例中，纳米结构102a可以包括金，f可以在0.4至0.8的范围内，r可以在0.3至0.7的范围内。因此，f
×
r可以在0.3
×
0.4(0.12)至0.8
×
0.7(0.56)的范围内，提供纳米结构102a的高度与第一距离104的为12％至56％的比率。在其它实施例中，可以存在其它比率。该实施例可以针对光谱201的可见光谱。在另一实施例中，光谱201可以是近红外(nir)光谱，并且可以使用其它金属，该金属可以包括金、银或铝。
45.在另一实施例中，纳米结构102a可以在z-x平面中具有可以基于抛物面形状的剖面，然而，可以使用其它形状(包括正方形、矩形、球形、梯形、半椭圆形或其它形状)。抛物面可以是具有一个对称轴(图2b的z轴)的二次曲面，然而，纳米结构102a的形状可以不是精确的抛物面。由于制造技术的物理约束，纳米结构102a的形状可以具有自然变化，或者它可以通过设计而有目的地不是完全抛物面的。
46.纳米结构102a可以具有表面205。表面205可以具有电荷分布206。表面205可以具有表面等离子体(sp)模式，其中，表面上的电荷分布206可以在正电荷与负电荷之间周期性地振荡，这可以被称为周期性。表面等离子体(sp)模式可以被称为垂直平面模式，垂直平面模式可以是可以沿着纳米结构102a的表面205发生的传导电子的谐振振荡并且可以取决于
(根据)通过表面205处的波感知的折射率(ri)。沿着z轴的逐渐增加的ri可以使垂直平面模式成为可能。
47.不受理论束缚，如图2b中所示，据信可以存在沿着z轴极化的电场，电场可以表示为ez。类似地，可以存在沿着x轴极化的电场，电场可以表示为ex。可以存在从ez或ex电场分布获得的偶极矩(dipole moment)。ez可以垂直定向，并且ex可以平行于结构100上的图案103的周期性平面定向。也就是说，ez可以沿着z轴，ex可以沿着x轴。由于表面等离子体模式，偶极矩可以基本较少地取决于(依赖于)光谱201的第一入射角203a。
48.垂直平面模式(可以是sp模式)可以沿着z轴，在垂直平面模式中，纳米结构102a的偶极矩可以垂直于周期性平面定向而与光谱201的角度和偏振无关。如先前描述的，这可以引起角度独立性和偏振独立性(polarization-independence)，然而，基于角度和偏振的响应可能存在一些变化。该变化可以比其它(非抛物面)的纳米结构102a形状和图案103小得多，这将在图3中进一步描述。
49.纳米结构102a可以具有基于纳米结构102a的顶部与底部之间的深度(z轴)而变化的有效等离子体折射率(ri)。沿着z轴从纳米结构102a的顶部到纳米结构102a的底部，可以存在有效等离子体ri的逐渐增加。有效等离子体ri可能受到图1的相邻的纳米结构102a至102f的影响。随着两个纳米结构之间的第一距离104增大，折射率可以减小。随着两个纳米结构之间的第一距离104减小，折射率可以增大。类似地，针对两个纳米结构，沿着z轴，纳米结构的基体比纳米结构的顶部更靠近在一起。两个纳米结构的底部与顶部之间的距离的这些差异可以产生有效等离子体ri梯度207。有效等离子体ri梯度207可以示出从纳米结构102a的顶部到纳米结构102a的基体的深度之间的关系。有效等离子体ri(n
eff
)可以在纳米结构102a的顶部处较低，并且可以沿着纳米结构102a的表面205线性增大。
50.图3描绘了图1的两个不同形状的纳米结构101的示例比较。可以存在抛物面形状的纳米结构101的阵列和盘形的纳米结构101的阵列，这将在下面更详细地描述。纳米结构101的形状可以影响针对输入角203a至203c的入射角范围内的波长依赖性的变化。抛物面阵列可以包括图1的抛物面形状的纳米结构101，并且可以表现出垂直平面模式。盘阵列可以包括图1的盘形的纳米结构101，并且可以表现出平面外模式(out-of-plane mode)。
51.图2a的光谱201可以具有输入角度范围203a至203c，该范围在当前示出的示例中可以被示出为在x轴(横轴)上的25度与60度之间。光谱201可以与结构100上的纳米结构101相互作用，并且可以引起针对每个输出角度204a至204c而具有峰值波长的反射光谱202。可以测量在25度处和角度高于25度处的反射光谱202的峰值波长之间的差异，并且该差异在图3的y轴(纵轴)上表示为δλ(单位可以是纳米(nm))。
52.在一些实施例中，可以是非抛物面形状的第一纳米结构类型301在25度处的峰值反射光谱202与角度高于25度处的峰值反射光谱202之间具有差异，并且峰值光谱201可以随输入角度范围203a至203c而线性变化。针对输入角的每五度变化，δλ可以存在10％或更大的变化。也就是说，可以存在δλ的变化，δλ的变化可以被称为角度依赖响应。例如，针对固定光谱201，输入角203a可以为25度，δλ可以为约0nm。输入角203b可以为40度，δλ可以为约14nm。输入角203c可以为60度，δλ可以为约30nm。
53.在另一实施例中，第二纳米结构类型302可以具有抛物面形状，并且可以存在比第一纳米结构类型301中的盘形结构多得多的角度无关响应。针对第二纳米结构类型302，仍
然可以存在角度依赖响应，然而，相对于第一纳米结构类型301，该响应可以少得多，并且可以使用术语“角度无关”。例如，针对固定的光谱201，输入角203a可以为25度，δλ可以为约0nm。输入角203b可以为40度，δλ可以为约1.4nm。输入角203c可以为60度，δλ可以为1.8nm。
54.图4描绘了用于制造结构100的制造工艺400。图5描绘了图4的制造工艺400中的工艺500。可以在基底401上开始结构100的制造。
55.基底401可以是在其上可以进行结构100的制造的任何材料。在一些实施例中，可以由硅制成基底401。基底401可以是硅晶片。
56.可以在基底401上沉积光致抗蚀剂402。这可以是图5的工艺501：在基底401上沉积光致抗蚀剂402。在一些实施例中，光致抗蚀剂402可以为约1微米(μm)厚。在另一实施例中，光致抗蚀剂402的厚度可以在0.1μm与5μm之间。在一些实施例中，光致抗蚀剂402横跨基底401可以是水平的并且厚度大致相等。
57.光致抗蚀剂402可以包括光敏聚合物材料，光敏聚合物材料可以用于在表面上形成图案化涂层的工艺中，其中，图案化也可以包括从表面去除所有的未图案化的光致抗蚀剂402。
58.光致抗蚀剂402可以具有相关的光敏剂(sensitizer)和溶剂。在一些实施例中，光致抗蚀剂402可以用于正性或负性光致抗蚀剂工艺中。光致抗蚀剂402的化学结构可以是光聚合、光分解、光交联或任何其它光致抗蚀剂结构。在另一实施例中，可以通过电子束暴露(曝光)光致抗蚀剂402。
59.在一些实施例中，可以在基底401上旋涂光致抗蚀剂402，以形成均匀厚度的层。在一些实施例中，然后可以将光致抗蚀剂402加热到100℃与120℃之间持续100秒至200秒。
60.图5的工艺502可以包括在光致抗蚀剂402上沉积第一金属(或第一金属层)403。第一金属403也可以被称为基底金属。在一些实施例中，除了光致抗蚀剂402之外，也可以在基底401上沉积第一金属403中的一些。这可以包括基底401的边缘与光致抗蚀剂402的边缘之间的区域。在另一实施例中，可以在光致抗蚀剂402上沉积所有的第一金属403。
61.在一些实施例中，第一金属层403可以是镍。在另一实施例中，第一金属403可以是元素周期表中的任何其它金属或者金属的混合物或合金。在一些实施例中，第一金属层403的厚度可以在200nm与600nm之间，并且可以用作牺牲层。在一些实施例中，可以使用电子束(e-beam)蒸发来沉积第一金属层403。在一些实施例中，第一金属403的蒸发速度可以为0.05nm/s至5nm/s。
62.图5的工艺503可以包括在第一金属层403上沉积抗蚀剂404。在一些实施例中，抗蚀剂404可以是合成树脂(诸如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma))。在另一实施例中，抗蚀剂404可以是如由瑞翁特种材料公司(zeon specialty materials,inc)交易和销售的zeon电子束正色调(zep)抗蚀剂。在另一实施例中，抗蚀剂404可以是任何种类的电子束抗蚀剂。
63.在一些实施例中，可以在第一金属403上旋涂抗蚀剂404。在一些实施例中，烘烤抗蚀剂404的时间可以在100秒与200秒之间。在一些实施例中，抗蚀剂404可以在150℃与200℃之间烘烤。
64.在一些实施例中，抗蚀剂404的厚度可以在0.1μm与5μm之间，然而，抗蚀剂404的厚度可以更大或更小，并且可以取决于孔405的目标纵横比(aspect ratio)。抗蚀剂404的厚
度可以取决于制造要求(诸如形成在抗蚀剂404上的图案的纵横比)。
65.在一些实施例中，可以将电子束(e-beam)光刻应用于抗蚀剂404以形成用于形成图1的图案103的孔的图案。图5的工艺504可以包括在抗蚀剂404上形成图案103。e-beam光刻的束(beam)可以是在5na(nano-amp)与100na之间的束，具有功率强度为1000μc/cc(micro-coloumbs per cubic centimeter)至5000μc/cc，并且可以是超出该范围的其它值。
66.应用于抗蚀剂404的e-beam光刻可以形成具有图案103的孔405。孔405可以暴露在孔405的位置处的第一金属403。孔405的图案103可以用于帮助形成纳米结构101。孔405中的孔可以具有这样的纵横比，该纵横比可以是孔的高度与孔的直径的比率。在一些实施例中，纵横比可以在3与16之间。
67.在一些实施例中，孔405中的孔的直径可以在100nm与1μm之间，然而，孔的直径可以取决于目标波长应用而更大或更小。在一些实施例中，孔405中的孔的直径可以在目标波长应用的数量级(order of magnitude)内。在另一实施例中，在孔405中可以使用多种直径的孔。
68.在一些实施例中，可以在孔405的位置处在第一金属403上沉积层406。图5的工艺505可以包括在第一金属403上可选地沉积层406。层406可以是粘附层，并且可以用于帮助金属的沉积工艺。层406可以是金属(诸如铬)，并且厚度可以在1nm与5nm之间。层406也可以被称为粘附层。层406可以使第一金属403与第二金属407之间更好粘附。
69.可以在孔405的位置处在层406的部分或全部上沉积第二金属407，第二金属407可以与图案103在同一位置并且可以形成图案103。第二金属407也可以被称为纳米结构金属。在另一实施例中，其中，不使用第一金属403，可以在孔405的位置处在任何基底上沉积第二金属407。图5的工艺506包括在孔405的位置处沉积第二金属407。在另一实施例中，当不存在层406时，可以在孔405的位置处在第一金属403上沉积第二金属407。在一些实施例中，第二金属407可以是金，然而，第二金属407可以是包括铝、银、铜、掺杂铝的氧化锌、氧化铟锡、氮化钛、砷化铟镓、氧化钨、钛-钨的任何其它金属或金属合金。在一些实施例中，第二金属407的厚度在50nm与500nm之间，但是，如先前描述的，第二金属407的厚度可以为取决于目标波长应用的其它厚度。目标波长应用可以是纳米结构101与目标波长相互作用的波长，并且可以是图2a的反射光谱202中的反射的峰值波长。在一些实施例中，选择的第二金属407可以取决于目标波长。针对可见光谱(visible spectrum)，第二金属407可以是金，但是第二金属407也可以是其它金属。针对nir光谱，第二金属407可以是铝或银，但是第二金属407也可以是其它金属。金属反射的光谱范围可以用于确定金属，以选择目标波长。金可以能够反射可见光谱，而铝和银可以能够反射nir光谱。
70.在一些实施例中，可以使用电子束(e-beam)沉积来沉积第二金属407，然而，也可以使用其它沉积方法。
71.一旦沉积，第二金属407最初可以处于形状408。在一些实施例中，形状408可以是锥形状。锥的顶部可以是平坦的或水平的，并且可以不在单个点处结束。由于孔405的纵横比，可以形成锥形状。如果纵横比低，那么形状408可以看起来更像盘。如果纵横比高，那么形状408可以看起来更像具有尖锐的单个点作为其尖端的锥。如下面将描述的，第二金属407从形状408成形为形状409的步骤可以在去除抗蚀剂404之后发生。
72.在一些实施例中，可以去除抗蚀剂404。图5的工艺507包括去除抗蚀剂404。抗蚀剂404可以使用溶剂剥离剂(诸如由kayuka advanced materials交易和销售的remover pg)通过剥离浴方法(lift-off bath method)去除。可以使用remover pg，并且抗蚀剂404可以在剥离浴中持续6小时至30小时。在另一实施例中，可以使用不同的方法来去除抗蚀剂404。
73.第二金属407可以处于形状408，并且可以在没有抗蚀剂404的情况下转变为形状409。图5的工艺508可以包括将第二金属407从形状408转变为形状409。在一些实施例中，形状409可以是抛物面形状。在另一实施例中，形状409可以是盘形、锥形或半球形。在一些实施例中，曝光于离子束可以用于将第二金属407从形状408成形为形状409。
74.聚焦离子束(focused-ion beam)曝光可以用于利用0.1na(nano-amp)至2na束来将第二金属407形成为形状409，所述光束可以具有0.01毫秒(millisecond)至1毫秒的停留时间(dwell time)。停留时间可以是离子束对第二金属407的曝光时间。聚焦离子束可以是定向束，它可以使形状408中的第二金属407的边缘磨损。也就是说，聚焦离子束可以是定向的，在一些实施例中，聚焦离子束可以垂直于基底401。可以去除面对聚焦离子束方向的尖锐特征(诸如边缘、点或平坦表面)。在一些实施例中，离子束的方向可以相对于基底401处于0度(平行)与90度(垂直)之间的角度。在一些实施例中，方向在离子束曝光的停留时间期间可以不改变。在另一实施例中，所述方向可以在离子束曝光的停留时间期间改变。
75.图5的工艺509可以包括在第二金属407上可选地沉积表面410。在一些实施例中，表面410可以是pdms并且可以经由旋涂来沉积，然而，表面410也可以是其它材料(诸如是弹性的或可以使波行进通过它并可以通过另一技术来沉积的材料)。在一些实施例中，表面410可以在第二金属407的高度的1倍与100倍之间。在一些实施例中，表面410可以是可选表面，并且可以不沉积到第二金属407上。
76.在一些实施例中，第一金属403可以延伸超过光致抗蚀剂402的基体。可以切除该延伸区域，并且可以从基底401去除光致抗蚀剂402、第一金属403、层406(如果包括在沉积工艺中)、第二金属407和表面410的结构。然后可以通过使用诸如丙酮的溶剂来去除光致抗蚀剂402。在一些实施例中，可以使用丙酮溶剂持续2分钟至10分钟，以去除光致抗蚀剂402。
77.在一些实施例中，当结构100包括嵌入在表面410中的图1的纳米结构101时，可以用酸浴(acid bath)去除第一金属403。图5的工艺510可以包括去除第一金属403。在一些实施例中，在第一金属403的侧面上可以存在暴露光致抗蚀剂402和层404(当存在时)的切口，并且可以使用酸浴从下向上去除层。也就是说，可以去除光致抗蚀剂层402，随后去除层403，并且随后去除层404(当存在时)。可以使用盐酸，并且所述结构可以处于酸浴中持续12小时至36小时。在另一实施例中，可以用可选方法来去除第一金属403。所得到的结构可以是结构100，结构100可以包括层406、第二金属407和表面410。在另一实施例中，也可以使用盐酸浴(hydrochloric acid bath)来去除层406。
78.在另一实施例中，可以不需要第一金属403和层402，并且可以在基底401上直接制造所得到的结构。随后，可以不发生工艺502和工艺503。该实施例可以用于结构100，其中，纳米结构101暴露并且在基底401的表面上，且不存在表面410。在该实施例中，可以不发生工艺510，并且可以不使用酸浴。相反，可以切割基底401，以形成结构100。
79.所得到的结构可以是结构100，结构100可以包括第二金属407和表面410。
80.在另一实施例中，当不使用层406时，结构100可以包括第二金属407和表面410。
81.图6a和图6b以立体图和俯视图描绘了传感器600的示例实施例。传感器600可以使用结构100，以测量压力的变化。传感器600可以包括腔601。膜602可以在腔601的顶侧上。结构100可以在膜602上。
82.腔601可以是弹性体材料(诸如pdms)。腔601可以填充有处于已知压力下的可压缩流体(诸如空气)并且密封，使得如果腔601浸没在流体中，那么没有流体可以穿透腔601。在一些实施例中，腔601可以是具有高度在10μm与1mm之间且直径在100μm与5mm之间的圆柱体。结构100可以在膜602的表面上附接到腔601，或者结构100可以嵌入在膜602中。
83.在一些实施例中，膜602可以基于外部相对于内部的压力差而偏转。光谱201可以传输到结构100，光谱201可以被反射为反射光谱202，反射光谱202可以具有相关的反射的峰值波长。可以将反射光谱202中的在未知压力下的反射的峰值波长与当压力差已知时观察的峰值波长进行比较，以确定膜602的压力变化。
84.具体地，腔601可以经历其内部腔601流体与外部环境之间的压力差，这可以使膜602偏转。膜602的偏转可以引起结构100上的径向应变(radial strain)，这可能导致嵌入在结构100内的纳米结构101变得或多或少地紧密间隔开。这反过来导致峰值波长的变化，波长的变化可以用于估计压力差，如将在图7中描述的。在一些实施例中，腔601可以放置在眼睛的前房(anterior chamber)中，处于可以位于视场外部的位置。眼睛压力变化可以引起腔601的压力变化，这反过来可以导致膜602偏转并且导致结构100偏转。
85.虽然先前描述的实施例集中于使用结构100和腔601的压力传感器，但是结构100也可以在没有腔601的情况下使用。在另一实施例中，膜602和结构100可以形成没有腔601的传感器。结构100可以嵌入在膜602中，或者可以放置在膜602的顶部上。在结构100嵌入在膜602中的情况下，所得到的构造可以用作用于当材料放置在表面上时来测量材料的拉伸或压缩的传感器。在结构100放置在膜602的顶部上的情况下，所得到的结构可以用于检测放置在结构100的顶部上或者与结构100直接接触的材料或液体的组分(成分)。
86.图7描绘了具有结构100的图6a和图6b的传感器600的压力测量700。图7可以将具有图3的第一纳米结构类型301和第二纳米结构类型302的结构100在不同压力下的反射光谱202的峰值波长的变化进行比较。图7可以示出使用抛物面形状纳米结构的优点。x轴(横轴)可以以nm为单位示出波长的变化(δλ)。y轴(纵轴)可以以任意单位(a.u.)示出反射光谱202的反射率。可以以可以由光谱仪测量的光子计数来测量反射。光子计数可以根据物理环境、光源功率和其它变量而变化。因此，a.u.可以用于分析反射率，并且比较峰值波长偏移。
87.可以在响应701中描绘针对第一纳米结构类型301在图2a的变化的入射角203a至203c和变化的压力水平下的反射光谱202的峰值波长的变化。可以在响应702中描绘针对第二纳米结构类型302在图2a的变化的入射角203a至203c和变化的压力水平下的反射光谱202的峰值波长的变化。如图3中描述的，第一纳米结构类型301可以包括盘或其它非抛物面形状。第二纳米结构类型302可以包括抛物面形状的纳米结构。
88.图7可以示出图2a的光谱201的在场景710、720和730中的三个入射角。在场景710中，入射角可以为60度。在场景720中，入射角可以为45度，在场景730中，入射角可以为30度。场景710、720和730可以分别对应于图2a的输入角203a至203c。
89.针对场景710、720和730中的每个以及针对响应702和701两者，可以存在三组峰值
波长变化，三组峰值波长变化可以对应于传感器600中的为0mmhg(即，无压力变化)、20mmhg和40mmhg的压力。针对三条曲线中的每组，最上面的曲线可以对应于0mmhg的压力变化，中间的曲线可以表示20mmhg的压力变化，最下面的曲线可以表示40mmhg的压力变化。例如，当传感器600校准为0mmhg压力变化时，测量702a可以显示第二纳米结构类型302的峰值波长偏移。
90.参照场景710，存在针对60度的入射角的响应702和701。在响应702(可以对应于第二纳米结构类型302)中，在场景710内，可以存在对应的峰值波长偏移的三个分布(如测量702a至702c所示)。测量701a可以对应于0mmhg的压力变化。测量702b可以对应于20mmhg的压力变化，测量702c可以对应于40mmhg的压力变化。
91.类似地，针对响应701，参照场景710，测量701a可以具有0mmhg的压力变化，测量701b可以具有20mmhg的压力变化，测量701c可以具有40mmhg的压力变化。
92.参照响应702的跨多个入射角(与场景710、720和730对应)的0mmhg压力变化，在场景710中可以存在峰值波长偏移702a，在场景720中可以存在峰值波长偏移703，在场景730中可以存在峰值波长偏移704。峰值波长偏移702a可以为约3nm，峰值波长偏移703可以为约2.75nm，峰值波长偏移704可以为约2.5nm。
93.参照响应701的0mmhg压力变化，在场景710中可以存在峰值波长偏移701a，在场景720中可以存在峰值波长偏移705，在场景730中可以存在峰值波长偏移706。峰值波长偏移701a可以为约25nm，峰值波长偏移705可以为约18nm，峰值波长偏移706可以为约15nm。检验其它压力变化响应701和702，可以发现响应702可以对光谱202的峰值波长的变化具有角度无关的响应(例如，非常小的峰值波长偏移)。如先前描述的，与其它方案相比，角度无关可以是较小角度依赖性的。分别针对从场景730的30度到场景710的60度的入射角范围，响应702(可以使用第二纳米结构形状302的抛物面形状的纳米结构)在0mmhg下可以具有在2.5nm与3mm之间的峰值波长偏移。30度入射角与60度入射角之间的峰值波长偏移的差异可以为约0.5nm。在可见光谱中，0.5nm的峰值波长偏移的差异可能不会引起颜色变化。因此，如果在传感器600中使用抛物面形状的纳米结构，那么可以存在“角度无关”范围，在“角度无关”范围中，测量可以在入射角范围内提供大致相同的读数。
94.同时，响应701(可以使用第一纳米结构类型301(使用盘形纳米结构))可以显示对峰值波长偏移701a、705和706的角度依赖性响应。针对从场景730的30度到场景710的60度的入射角范围，响应701可以在0mmhg下具有在15nm与25nm之间的峰值波长偏移。30度入射角与60度入射角之间的峰值波长偏移的差异可以为约10nm。在可见光谱中，10nm的峰值波长偏移的差异可以引起颜色变化。因此，如果在传感器600中使用盘形纳米结构，那么可以存在“角度依赖”范围，在“角度依赖”范围中，测量可以在入射角范围内提供不同的读数。
95.如先前描述的，抛物面形状的纳米结构可以对传感器600有用，这是因为传感器600可以是入射角度无关的或者是较少依赖于入射角度的。光谱201的入射角可以不需要是精确的，并且它可以是角度的范围(诸如从30度到60度)。这可以在响应702中示出。不同于响应702，在响应701中，因为测量可能需要精确的入射角来提供可重复的测量，所以可以存在对传感器600而言可能无用的角度依赖响应。
96.通过使用压力测量700的数据(具体地，响应702)可以针对传感器600来校准压力测量读数。
97.传感器600可以使用抛物面形状的纳米结构，并且可以校准为如响应702中所示的压力测量。也就是说，针对给定的压力变化，无论光谱201的入射角如何，都可以存在一个峰值波长偏移。如响应702的阴影区域中所示，针对每个压力变化的峰值波长偏移横跨压力是不同的，并且横跨入射角是大致相同的。因此，先前难以解决的问题，横跨入射角范围测量压力现在可以解决该问题并被用于传感器600中。
98.发明构思的示例实施例可以扩展为下面的陈述，但不限于：
99.陈述1：一种超材料结构，所述结构包括：基底；以及纳米结构，以图案定位在基底上或基底内，其中，纳米结构是抛物面形状并且以周期性图案布置。
100.陈述2：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构能够以垂直平面模式操作，其中，垂直平面模式还包括角度无关的表面等离子体模式和偏振无关的表面等离子体模式。
101.陈述3：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构包括以下中的一种或更多种：金、铝、银、铜、铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、氮化钛、砷化铟镓、氧化钨、钛-钨和它们的组合。
102.陈述4：根据陈述1所述的结构，其中，基底是柔性的或可拉伸的。
103.陈述5：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构的形状是半椭圆或抛物面形状。
104.陈述6：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构以包括等距纳米结构和非等距纳米结构两者的半周期性图案(semi-periodic pattern)布置。
105.陈述7：根据陈述1所述的结构，其中，最靠近的纳米结构之间的距离在60nm与600nm之间。
106.陈述8：根据陈述1所述的结构，其中，最靠近的纳米结构之间的距离在120nm与1200nm之间。
107.陈述9：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构的直径在10nm与2000nm之间。
108.陈述10：根据陈述1所述的结构，其中，纳米结构的高度在36nm与168nm之间。
109.陈述11：根据陈述1所述的结构，其中，周期性图案为六边形。
110.陈述12：根据陈述1所述的结构，其中，周期性图案为方形(square)。
111.陈述13：一种制造超材料表面的方法，所述方法包括：在基底上沉积纳米结构金属；以及由纳米结构金属形成抛物面。
112.陈述14：根据陈述13所述的方法，所述方法还包括：在沉积纳米结构金属之前沉积抗蚀剂；在沉积纳米结构金属之前在抗蚀剂中形成孔的图案。
113.陈述15：根据陈述13所述的方法，所述方法还包括：在纳米结构金属上沉积柔性材料表面。
114.陈述16：根据陈述13所述的方法，所述方法还包括：在沉积纳米结构金属之前沉积基底金属；以及在由纳米结构金属形成抛物面之后溶解基底金属。
115.陈述17：根据陈述16所述的方法，其中，基底金属的厚度在200nm与600nm之间。
116.陈述18：根据陈述13所述的方法，所述方法还包括：在沉积纳米结构金属之前沉积光致抗蚀剂；以及在沉积纳米结构金属之后去除光致抗蚀剂。
117.陈述19：根据陈述14所述的方法，所述方法还包括：在沉积纳米结构金属之前沉积粘附层。
118.陈述20：根据陈述19所述的方法，其中，粘附层是铬。
119.陈述21：根据陈述14所述的方法，其中，孔具有在3与16之间的纵横比。
120.陈述22：根据陈述13所述的方法，其中，纳米结构金属的厚度在50nm与500nm之间。
121.陈述23：根据陈述13所述的方法，其中，纳米结构金属包括以下中的一种或更多种：金、铝、银、铜、铝掺杂的氧化锌、氧化铟锡、氮化钛、砷化铟镓、氧化钨、钛-钨和它们的组合。
122.陈述24：一种确定压力变化的方法，所述方法包括：在超材料结构上接收波长光谱；测量从超材料结构反射的峰值波长；以及将反射的峰值波长与参考点进行比较。
123.陈述25：一种压力传感器，所述压力传感器包括：超材料、腔，其中，超材料还包括以抛物面形状和周期性图案定位的纳米结构。