一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的製作方法

2023-09-17 22:58:35

專利名稱：一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用亞波長金屬孔陣列結構的表面等離子耦合特性，實現可見光
頻段的電磁完美吸收的人工複合結構材料的設計和製作。
背景技術：
電磁能量吸收是能量獲取以及轉換的一個先決條件，目前的電磁能量吸收主要是傳統材料的能級躍遷吸收，其吸收的機制是基於材料中電子能級躍遷、分子能級振蕩、載流子能級躍遷等，這些振蕩和躍遷能夠將外部輻射的電磁能轉化為材料內部的電子勢能、分子勢能等，並最終轉化為可以可用信號，如熱、電勢等。在這些能量轉換中，尤其是當外部電磁能轉化為材料內部的勢能時，其轉換效率受到材料的限制。在製作過程中引入的材料中的各種缺陷會降低吸收效率。另外，每種材料的吸收波長和範圍固定，限制了吸收波長和帶寬的可調性。

發明內容
本發明要解決的問題是針對現有可見光頻段電磁吸收材料的缺乏，提出一種利用亞波長金屬孔陣列結構的表面等離子耦合特性，實現可見光頻段的電磁完美吸收的人工複合結構材料的方法。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體，其特徵所述吸收體的製作步驟如下 (1)選擇石英基片，並將其表面拋光；然後採用真空蒸鍍，在表面拋光後的石英基片表面沉積一層厚度大於50納米為的金膜； (2)在金膜表面蒸鍍一層厚度為35納米至45納米的Si02膜，並在Si02膜上均勻塗覆一層光刻膠； (3)採用電子束光刻的方法，在光刻膠上製備出亞波長介質柱結構，所述亞波長介
質柱結構的周期為235納米至245納米，佔空比為1 : 1.35至1 : 1.45; (4)採用真空蒸鍍技術，在已成型光刻膠上蒸鍍厚度為20納米至25納米的金膜； (5)採用去膠液，將亞波長介質柱結構和蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去，
基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完成。 所述步驟(2)中的光刻膠為用於電子束刻蝕的PMMA光刻膠，其厚度為40納米至50納米。 本發明與同傳統的實現電磁吸收的材料相比所具有的優點本發明通過技術方案中各步驟的組合，同時採用光刻技術，實現了具有特異電磁特性的形金屬複合層結構，具有製作簡便，厚度小，入射角度大的特性，在電磁能量吸收、轉換等領域具有很大的應用前景。


圖1是本發明基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的第一步的製作示意 圖2是本發明基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的第二步的製作示意圖； 圖3是本發明基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的第三步的製作示意圖； 圖4是本發明基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的第四步的製作示意圖； 圖5是本發明基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體的第五步的製作示意圖； 圖中1為表面拋光的石英基片；2為蒸鍍的金膜；3為蒸鍍的Si02膜；4為旋塗的
PMMA電子束光刻膠。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發明。但以下的實施例僅限於解釋本發 明，本發明的保護範圍應包括權利要求的全部內容，而且通過以下實施例1、2、3，本領域的 技術人員即可以實現本發明權利要求的全部內容。
實施例1 如圖1所示，本實施例第一步的製作示意圖，首先選擇石英基片l，並將其表面拋 光；然後在其表面蒸鍍一層厚度大於50納米的金膜2 ; 如圖2所示，本實施例第二步的製作示意圖，在金膜表面蒸鍍厚度為35納米Si(^ 膜3，然後均勻塗覆厚度為50納米的PMMA光刻膠4 ; 如圖3所示，本實施例第三步的製作示意圖，採用電子束光刻的方法，在光刻膠4 上製備出周期235納米，佔空比為1 : 1. 35的亞波長介質柱結構； 如圖4所示，本實施例第四步的製作示意圖，採用真空蒸鍍技術，在亞波長介質柱 結構上蒸鍍厚度為20納米的金膜4 ; 如圖5所示，本實施例第五步的製作示意圖，採用去膠液，將亞波長介質柱結構和 蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去。基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完 成。 實施例2 如圖1所示，本實施例第一步的製作示意圖，首先選擇石英基片l，並將其表面拋 光；然後在其表面蒸鍍一層厚度大於50納米的金膜2 ; 如圖2所示，本實施例第二步的製作示意圖，在金膜表面蒸鍍厚度為40納米Si02 膜3，然後均勻塗覆厚度為50納米的PMMA光刻膠4 ; 如圖3所示，本實施例第三步的製作示意圖，採用電子束光刻的方法，在光刻膠4 上製備出周期240納米，佔空比為1 : 1. 4的亞波長介質柱結構； 如圖4所示，本實施例第四步的製作示意圖，採用真空蒸鍍技術，在亞波長介質柱 結構上蒸鍍厚度為20納米的金膜4 ; 如圖5所示，本實施例第五步的製作示意圖，採用去膠液，將亞波長介質柱結構和 蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去。基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完 成。 實施例3 如圖1所示，本實施例第一步的製作示意圖，首先選擇石英基片l，並將其表面拋 光；然後在其表面蒸鍍一層厚度大於50納米的金膜2 ; 如圖2所示，本實施例第二步的製作示意圖，在金膜表面蒸鍍厚度為45納米Si02膜3，然後均勻塗覆厚度為50納米的PMMA光刻膠4 ; 如圖3所示，本實施例第三步的製作示意圖，採用電子束光刻的方法，在光刻膠4 上製備出周期245納米，佔空比為1 : 1. 45的亞波長介質柱結構； 如圖4所示，本實施例第四步的製作示意圖，採用真空蒸鍍技術，在亞波長介質柱 結構上蒸鍍厚度為20納米的金膜4 ; 如圖5所示，本實施例第五步的製作示意圖，採用去膠液，將亞波長介質柱結構和 蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去。基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完 成。 通過以上方法所製作的基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體，利用亞波長金 屬孔陣列的表面等離子體耦合特性，實現在可見光頻段，對電磁輻射的完美吸收。仿真結果 表明通過該吸收體能在各個方位大幅度吸收電磁輻射(平均吸收率大於90% )。該吸收 體是目前具有最短波長的電磁輻射吸收材料，同時具有製作簡便，厚度小，入射角度大的特 性，在電磁能量吸收、轉換等領域具有很大的應用前景。
本發明未詳細闡述部分屬於本領域的公知技術。
權利要求
一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體，其特徵所述吸收體的製作步驟如下(1)選擇石英基片，並將其表面拋光；然後採用真空蒸鍍，在表面拋光後的石英基片表面沉積一層厚度大於50納米為的金膜；(2)在金膜表面蒸鍍一層厚度為35納米-45納米的SiO2膜，並在所述SiO2膜上均勻塗覆一層光刻膠；(3)採用電子束光刻的方法，在光刻膠上製備出亞波長介質柱結構，所述亞波長介質柱結構的周期為235納米-245納米，佔空比為1∶1.35-1∶1.45；(4)採用真空蒸鍍技術，在已成型光刻膠上蒸鍍厚度為20納米-25納米的金膜；(5)採用去膠液，將亞波長介質柱結構和蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去，基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完成。
2. 根據權利要求1所述的一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體，其特徵在 於所述步驟(2)中的光刻膠為用於電子束刻蝕的PMMA光刻膠，其厚度為40納米-50納 米。
全文摘要
一種基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體，製作步驟(1)選擇石英基片，並將其表面拋光；然後採用真空蒸鍍，在表面拋光後的石英基片表面沉積一層厚度大於50納米為的金膜；(2)在金膜表面蒸鍍一層厚度為35納米至45納米的SiO2膜，並在所述SiO2膜上均勻塗覆一層光刻膠；(3)採用電子束光刻的方法，在光刻膠上製備出亞波長介質柱結構，所述亞波長介質柱結構的周期為235納米-245納米，佔空比為1∶1.35-1∶1.45；(4)採用真空蒸鍍技術，在已成型光刻膠上蒸鍍厚度為20納米至25納米的金膜；(5)採用去膠液，將亞波長介質柱結構和蒸鍍在亞波長介質柱結構上的金膜除去，基於亞波長金屬孔陣列的電磁完美吸收體製作完成。本發明具有製作簡便，厚度小，入射角度大的特性，在電磁能量吸收、轉換等領域具有很大的應用前景。
文檔編號C23C14/04GK101724811SQ200910243548
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者馮沁, 崔建華, 羅先剛, 胡承剛, 趙澤宇 申請人:中國科學院光電技術研究所