[發明專利]一種基于金屬覆蓋層的負折射人工材料

有效

• 申請號: 200810227029.8
• 申請日: 2008-11-19
• 公開（公告）號: CN101424758A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 羅先剛;胡承剛;趙澤宇;陳旭南
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B1/10;G03F7/00;C23C14/24;C23C14/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧 紀

技術領域

本發明涉及一種利用光柵上的金屬覆蓋層的電磁特性，實現可見光頻段的負折射以及近零折射特性的人工復合結構材料的設計和制作。

技術背景

有效折射率是材料同外部電磁場相互作用的一個重要參數，而有效負折射或者零折射率的實現的一個要求就是需要在設計的波段或者頻點處出現負的有效磁導率，目前，現有的辦法是：近紅外尤其是可見光波段的負磁導率人工復合材料利用周期排布的納米量級的非磁性的單元結構，同外部激勵電磁波形成共振，可以實現對材料的有效磁導率的調整，甚至得到負的有效磁導率。具備負磁導率的人工復合材料在電磁領域具有廣闊應用前景，例如，金屬在近紅外以及可見光波段具有負的介電常數的特性，當負的磁導率以及負的介電常數結合時，材料能對入射光實現負折射；這種材料的負折射特性可以應用在超分辨成像，隱身材料等方面。

目前普遍用來實現非磁性材料的磁共振的單元結構主要是開口環結構以及金屬斷線對結構，當外部激勵磁場垂直穿過開口環或者金屬斷線對所在平面時，能夠激發出最大的磁共振效應，但目前的由開口環結構構成的磁共振材料都屬于平面結構類型，入射電磁波必須與材料所在平面保持一定的夾角，才能形成足夠強的磁共振來調節材料的有效磁導率，不能使用正入射是這種類型的材料的一大缺點；而由金屬斷線對結構構成的磁共振材料雖然能夠采用正入射，但是其共振單元采用的是金屬一電介質一金屬的三層結構，這種三層結構需要三次沉積過程，制作起來比較復雜。

發明內容

本發明要解決的問題是：針對現有實現磁共振的人工復合材料的不足之處，提出一種利用光柵上的金屬覆蓋層的電磁特性，實現可見光頻段的負折射以及近零折射的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種制作基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的方法，包括以下步驟：

(1)選擇石英基片，并將其表面拋光；然后在其表面蒸鍍一層SiO₂膜；

(2)在SiO₂膜表面再次蒸鍍鉻膜，然后均勻涂覆電子束光刻膠；

(3)采用電子束光刻的方法，在光刻膠上制備出介質光柵結構；

(4)采用濕法腐蝕技術，將光刻膠作為掩模，腐蝕掉裸露在外的鉻膜；

(5)采用干法腐蝕技術，將鉻膜作為掩模，在SiO₂膜上刻蝕出介質光柵結構，去除鉻膜；

(6)采用真空蒸鍍技術，在SiO₂光柵結構上蒸鍍厚度為h的金屬層，負折射金屬光柵制作完成；

其中所述SiO₂膜的厚度為70納米到80納米；

所述介質光柵結構的周期為255納米到265納米，占空比為1.35∶1.2～1.45∶1.2；所述金屬層的沉蒸鍍厚度h為28納米至32納米。

所述的步驟(2)中的鉻膜厚度為25納米至30納米。

所述步驟(2)中的光刻膠為用于電子束刻蝕的PMMA光刻膠，其厚度為40納米至60納米。

所述步驟(5)中的干法腐蝕技術為等離子輔助刻蝕技術，刻蝕氣體為CF3。

所述步驟(6)中的金屬為同一種金屬。

本發明與同傳統的實現磁共振的人工材料相比所具有的優點：本發明采用濕法腐蝕和干法腐蝕結合將SiO₂介質光柵制作在拋光石英基片上，利用正向沉積技術，實現了在SiO₂介質光柵上制作出具有特異電磁特性的形金屬覆蓋層結構。本發明制作簡便，單層損耗小，單層正入射的特性，在磁共振、近場光學、隱身材料等領域，具有啟示的意義以及很大的應用前景。

附圖說明

圖1是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第一步的制作示意圖；

圖2是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第二步的制作示意圖；

圖3是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第三步的制作示意圖；

圖4是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第四步的制作示意圖；

圖5是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第五步的制作示意圖；

圖6是基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的第六步的制作示意圖；

圖7是制作的基于金屬覆蓋層的負折射人工材料的結構示意圖；

圖中：1為表面拋光的石英基片；2為蒸鍍的SiO₂膜；3為蒸鍍的鉻膜；4為旋涂的PMMA電子束光刻膠；5為沉積的金屬。

具體實施方式