[發(fā)明專利]一種金屬膜及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710304747.6
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN101217062A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王佳;許吉英;王慶艷;郝鳳歡;張書練
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G12B21/06
• 分類號: G12B21/06
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉長威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近場光學(xué)、納米光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬膜及其制造方法。

背景技術(shù)

獲取納米尺度的光源是近場光學(xué)成像、近場探測與操作、近場光譜、納米光刻以及近場光存儲等基于近場光學(xué)原理的儀器、系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。近十年來具有納米孔徑的鍍金屬膜光纖探針已被廣泛使用，但是，光纖探針的通光效率很低，通常為10^-4～10^-6，并且易受污染和損壞。為了克服這些問題提出了虛擬光探針的概念，是通過隱失場干涉和帶小孔的掩模產(chǎn)生約束光場，作為近場光源。這種光源避免了材料型探針易碎易污染的問題，其通光效率比光纖探針高10²～10⁴倍。但是其光場強(qiáng)度仍然不能滿足實(shí)際使用的要求，并且在約束光場的主峰周圍存在高階模式(旁瓣)，其強(qiáng)度在主峰強(qiáng)度的50％以上，對主峰的工作造成了很大影響。為了改善光束特性，在隱失場干涉的介質(zhì)表面制備等離子晶體結(jié)構(gòu)，通過合理選擇等離子晶體的幾何參數(shù)，可有效增強(qiáng)主峰的光場強(qiáng)度，抑制旁瓣。但是在已有的方案中，表面等離子體波通常由以表面等離子諧振角入射的光束所激發(fā)，對于入射角度的要求較嚴(yán)格，并且不便與有源器件直接集成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能產(chǎn)生高強(qiáng)度、旁瓣低的納米光束、并且可以應(yīng)用于任意入射角度的亞波長尺度金屬膜結(jié)構(gòu)。特別是提供一種金屬膜及其制造方法。

為達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種金屬膜，所述金屬膜由能夠產(chǎn)生表面等離子諧振的金屬材料制成，所述金屬膜層包括：上表面，所述上表面由位于所述上表面中央的中央缺陷和以所述中央缺陷為中心周期性排列的由第一凹槽和第一凸起組成的多個上表面周期結(jié)構(gòu)組成，所述中央缺陷和上表面周期結(jié)構(gòu)之間包括第二凹槽；下表面，所述下表面由位于所述下表面中央的平臺狀中央平臺和以所述中央平臺為中心周期性排列的由第三凹槽和第二凸起組成的多個下表面周期結(jié)構(gòu)組成，所述上表面和所述下表面之間的最大厚度為50～150nm。

其中，所述金屬材料為金或銀。

其中，所述第一凹槽與第一凸起組成的上表面周期結(jié)構(gòu)的寬度a為所述金屬材料對應(yīng)的表面等離子波長λ_SP的一半，第一凹槽深度為10～30nm；所述中央缺陷的長度為0.5a的奇數(shù)倍，所述中央缺陷的縱剖面輪廓為矩形、正弦形、三角形、梯形、半圓形、半橢圓、雙曲線、拋物線中的一種。

其中，所述第二凹槽的深度和寬度均大于所述第一凹槽。

其中，所述第三凹槽和第二凸起組成的下表面周期結(jié)構(gòu)的寬度為λ_SP，第三凹槽的深度為10～50nm；所述中央平臺的長度為1.5λ_SP。

其中，所述金屬膜上、下表面的俯視面形狀為陣列結(jié)構(gòu)或軸對稱結(jié)構(gòu)；所述金屬膜上、下表面的縱剖面形狀為矩形或正弦形。

其中，所述陣列結(jié)構(gòu)具體為平行槽結(jié)構(gòu)或二維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

其中，所述軸對稱結(jié)構(gòu)具體為同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)或同心方框結(jié)構(gòu)。

另一方面，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種金屬膜的制造方法，包括以下步驟：在透明基片或單色光源的發(fā)光面上制備一層介質(zhì)膜層；在所述介質(zhì)膜表面涂上一層光刻膠，通過納米加工方法在所述光刻膠表面加工出下表面結(jié)構(gòu)，所述光刻膠顯影后，用CF₄將光刻膠的圖案干刻到所述介質(zhì)膜層上，在所述介質(zhì)膜層上利用蒸鍍或?yàn)R射方法加工出金屬膜，所述金屬膜的膜厚與所述介質(zhì)膜上的結(jié)構(gòu)的深度相同，然后用丙酮去掉光刻膠，完成金屬膜下表面結(jié)構(gòu)的制備；在制備出下表面結(jié)構(gòu)的上述金屬膜表面鍍上一層與上述金屬材料相同的金屬薄膜，通過所述納米加工方法制作出上表面結(jié)構(gòu)，得到雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜。

其中，所述納米加工方法包括以下方法的一種或幾種：電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕、化學(xué)刻蝕、光刻寫。

上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過將本發(fā)明的金屬膜制備在透明基片作用于入射光場，或制備在單色光源發(fā)光面上形成有源器件，入射光通過金屬膜的上下表面的結(jié)構(gòu)，可以得到一個光場強(qiáng)度大大高于入射光場強(qiáng)度的光源，光斑尺寸達(dá)到納米級，超過了衍射極限，在該納米光束的近場范圍內(nèi)(50～600nm)，可以實(shí)現(xiàn)近場成像、近場光學(xué)數(shù)據(jù)存儲、近場光譜激發(fā)與探測，以及近場光刻等操作。同時減小了旁瓣雜光的干擾，并且入射光可以以任意角度入射。

附圖說明

圖1為雙面亞波長結(jié)構(gòu)金屬膜激發(fā)和控制表面等離子體波的原理示意圖；