[發明專利]一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法

有效

• 申請號: 202010131793.6
• 申請日: 2020-02-29
• 公開（公告）號: CN111266934B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 李平;段輝高;王兆龍
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B13/00;B24B49/12;B24B51/00;C23C14/08;C23C14/14;C23C14/30;G02B5/20
• 代理公司: 北京睿博行遠知識產權代理有限公司 11297
• 代理人: 劉桂榮

1.一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：首先準備一片襯底；然后，開展襯底材料的單點駐留拋光試驗確定其離子束拋光工藝去除函數，并采用柵格路徑掃描法對襯底材料開展不同掃描速度條件下的分區域加工，制成微納米臺階陣列結構模板；再利用檢測裝置對單個微納米臺階的高度、面形精度和表面粗糙度進行檢測，并判別檢測結果是否符合加工精度要求，若不符合則重新采用離子束拋光工藝對單個微納米臺階進行修形加工；若符合，則通過批量化光學固化膠注入、剝離與翻轉工藝，將模板上微納米臺階陣列結構轉移到光學固化膠上；依次在帶有微納米臺階陣列結構的光學固化膠上沉積納米厚度的頂層金屬層和電介質層薄膜；然后采用離子束拋光對多余的電介質層薄膜進行平坦化加工；再在離子束平坦化加工后的電介質層薄膜上沉積不超過100納米厚度的底層金屬層，即可形成單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片；最后，對批量制造的單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的光譜性能進行隨機抽檢測試。

2.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：襯底材料選擇硅片或石英玻璃。

3.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：微納米臺階陣列結構模板加工與檢測包括如下步驟：

首先，在離子束拋光機床上開展襯底材料單點駐留拋光試驗，獲取去除函數A(x,y)；接下來，采用柵格路徑掃描法對襯底材料進行不同掃描速度條件下的分區域加工，即離子束以光柵掃描的方式在所界定的區域表面循環移動，最終形成不同高度的微納米臺階陣列結構；采用輪廓儀、激光干涉儀及原子力顯微鏡檢測裝置對單個微納米臺階的高度、面形精度和表面粗糙度進行檢測，并判別其檢測結果是否符合加工精度要求：臺階高度誤差≤±5nm，面形精度PV≤λ/10，表面粗糙度Ra≤1nm；若不符合，則根據檢測結果重新采用離子束拋光工藝對單個微納米臺階進行修形加工。

4.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：

通過批量化的光學固化膠注入、剝離與翻轉工藝，將模板上微納米臺階陣列結構轉移到光學固化膠上，制成批量化的帶有微納米臺階陣列結構的光學固化膠結構；光學固化膠在注入過程中注入均勻，剝離與翻轉過程中不粘附且穩固；光學固化膠上轉移而來的微納米臺階陣列結構精度要求：臺階高度誤差≤±5nm，面形精度PV≤λ/10，表面粗糙度Ra≤1nm。

5.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：通過電子束蒸發系統在帶有微納米臺階陣列結構的光學固化膠上依次沉積厚度在光學厚度范圍的頂層金屬層II和厚度在光學厚度范圍的電介質層薄膜材料；頂層金屬層II和電介質層在沉積過程中沉積速率穩定、膜層厚度均勻且沉積后無表面應力釋放。

6.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：由于電介質層薄膜材料沉積的厚度較厚，在沉積后其頂面和底面均會復制光學固化膠上的微納米臺階陣列結構，而單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片的結構需要電介質層的兩個面分別為平面和臺階面；因此，根據微納米臺階陣列結構的尺寸以及電介質層薄膜沉積的膜層厚度，在離子束拋光機床上選擇離子束拋光工藝參數開展電介質層薄膜平坦化加工試驗，將電介質層薄膜加工成符合單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片結構的微納米臺階陣列結構；電介質層薄膜平坦化加工完成后，采用光譜橢偏儀對膜層厚度進行測量，并對測量數據的沉積誤差進行分析；采用場發射掃描電子顯微鏡對制得的電介質層薄膜的表面形貌進行觀測。

7.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：通過電子束蒸發系統在平坦化后的介質層上沉積厚度在光學厚度范圍的底層金屬層I；底層金屬層I在沉積過程中沉積速率穩定、膜層厚度均勻且沉積后無表面應力釋放。

8.根據權利要求1所述的一種離子束拋光單片集成Fabry-Pérot腔全彩濾光片大批量制造方法，其特征在于：實驗的反射或透射光譜通過微區反射光譜測量系統測得，將測得結果與模擬光譜結果進行對比，分析加工工藝的精確度與穩定性；依照國際照明委員會建立的CIE標準色度學系統，將獲得的光譜數據轉換成人類所能感知的顏色，為顏色數據庫的建立提供數據支撐，并用來評價獲得的結構色像素的顯色性能。