一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法

2023-09-24 00:24:15

專利名稱：一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法
技術領域：
本發明涉及透鏡製備的技術領域，尤其涉及一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其為一種縮放倍率超分辨成像透鏡製備方法，其通過在平底凹槽裡交替塗布、固化銀膜層和介質層來製備雙平面縮放倍率超分辨成像透鏡的方法。
背景技術：
縮放倍率超分辨成像透鏡利用表面等離子束逝波在金屬/介質多層膜中垂直於金屬/介質膜層界面方向傳播的特性，將金屬/介質膜層製備成曲面結構，使表面等離子束逝波按預定的路線彎曲傳播，實現圖像的放大或縮小。縮放倍率超分辨成像透鏡可應用於超衍射成像、納米光刻等方面，應用前景廣闊。但該類型的縮放倍率超分辨成像透鏡的物面和像面一般為曲面，這使其難以與投影光刻系統結合起來，也不方便塗膠、顯影等光刻工藝的進行。中科院光電技術研究所的研究人員設計的由蒸鍍的銀膜和旋塗的介質層交替組成的一種平面縮放倍率超分辨成像透鏡，可以將透鏡的物面和相面均做成平面。該平面縮放倍率超分辨成像透鏡中蒸鍍的銀膜在凹槽內各個位置的厚度相等，而旋塗的介質層在表面張力的作用下會在凹槽位置形成弧面，同一膜層在凹槽內各位置厚度不相等。因而，很難使相鄰的銀膜和介質層在凹槽內各位置的厚度都符合匹配條件。要提高平面縮放倍率超分辨成像透鏡的成像質量，需要使每層銀膜在凹槽內任意位置的厚度與相鄰介質層在該位置的厚度保持在一定比例，以滿足匹配條件。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有平面縮放倍率超分辨成像透鏡製作的限制之處，提供雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，該方法只需要使用常規的光刻、鍍膜和塗膠技術，就可以製備得到物面和像面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡，在縮小光刻和放大成像方面擁有巨大的應用潛力。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，該方法的步驟如下步驟(I)在紫外透明的基片上製備亞微米級深度的平底凹槽，凹槽平行於基片表面的截面形狀為圓形、正方形、正八邊形或長方形；步驟(2)在基片上旋塗一層銀的前驅體溶液，前驅體溶液在表面張力的作用下會在凹槽位置形成弧面膜層，經加熱或紫外光照射後前驅體溶液固化為銀膜，所述銀膜層的 厚度為8nm至50nm ；步驟(3)採用旋塗的方法在沉積了一層銀膜層的凹槽裡塗布一層可固化的介質溶膠層，介質溶膠層在表面張力的作用下會在凹槽裡形成弧面膜層，經加熱處理後介質溶膠層固化為介質層；所述介質層固化後的厚度為8nm至50nm ；步驟(4)在所述凹槽裡交替塗布、固化銀膜層和塗布、固化介質層，得到銀層和介質層交替組成的多層弧面膜層，直到將凹槽填平，即製備得到兩面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡。所述步驟(I)中基片材料為石英、玻璃、氮化矽、或聚醯亞胺，凹槽的直徑或邊長為400nm至2000nm,凹槽的深度為50nm至500nm。所述步驟(2)中銀膜的前驅體溶液可以為銀納米粒子的懸浮液，或硝酸銀的水溶液，或硝酸銀與有 機溶劑的混合物。所述步驟(3)中介質溶膠層的材料可以為S0G、PMMA或AR3170、AR7700等薄型光刻膠，每層介質層在凹槽內任意位置的厚度與相鄰銀膜層在該位置的厚度保持在一定比例範圍內，比例為O. 8-1.25。所述步驟(4)中銀層和介質層交替組成的多層弧面膜層的總層數為9至80層；根據消逝波垂直於銀層表面傳播的特性，利用多層弧面膜層的弧面結構可以實現光波的曲線傳播，從而達到縮放倍率超分辨成像功能。本發明與現有的方法相比的優點在於本發明可製備物面和像面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡，超分辨成像透鏡的縮放倍率的範圍為O. 3-3 ;為縮放倍率超分辨成像透鏡的製備提供了一種新穎、方便、高效的加工途徑。


圖1-7為本發明方法的實現流程的分解示意圖圖I為本發明實施例I中，在石英襯底的剖面結構示意圖；圖2為本發明實施例I中，製備圓形凹槽後的石英襯底剖面結構示意圖；圖3為本發明實施例I中，在基片表面旋塗銀膜後石英襯底的剖面結構示意圖；圖4為本發明實施例I中，在基片表面旋塗銀膜後石英襯底的剖面結構示意圖；圖5為本發明實施例I中，在基片表面旋塗PMMA後石英襯底的剖面結構示意圖；圖6為本發明實施例I中，在基片表面製備多層銀層和PMMA層後石英襯底的剖面結構示意圖；圖7為本發明實施例I中，交替塗布、固化銀膜層和塗布介質層，直到將凹槽填平，得到的兩面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡的剖面結構示意圖；圖中I代表襯底材料石英；2代表銀的前驅體溶液；3代表銀膜；4代表PMMA。
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對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，製作雙平面縮放倍率超分辨成像透鏡，其具體製作過程如下(I)在如圖I所示的平整潔淨的石英基片上製備I個圓形凹槽如圖2所示，圓形凹槽的底面與基片表面平行，圓形凹槽上底的直徑為800nm、下底的直徑為600nm、深度為200nmo(2)如圖3所示，在基片上用旋塗一層銀濃度為O. 3g/ml的銀納米粒子的乙醇分散液，160°C烘乾後去除乙醇後銀納米粒子結合成銀膜層，其中在圓形凹槽內的銀膜層的厚度為15-30納米。第一層銀膜層在凹槽中的厚度分布規律是凹槽中心區域薄，凹槽邊緣區域厚。(3)如圖4所示，採用旋塗的方法在基片上塗布一層PMMA，PMMA層在表面張力的作用下會在凹槽裡形成弧面，經加熱後PMMA固化；凹槽中PMMA膜層的厚度為20-30納米。(4)如圖5、6、7所示，在凹槽裡交替製備11層銀膜層和塗布、固化10層PMMA層，將凹槽填平，就可以得到由銀/PMMA多層弧面膜層組成的兩面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡。實施例2，製作雙平面縮放倍率超分辨成像透鏡，其具體製作過程如下
(I)在如圖I所示的平整潔淨的石英基片上製備I個正方形凹槽，凹槽的底面與基片表面平行，凹槽上底的邊長為1500nm、下底的直徑為lOOOnm、深度為400nm。(2)在基片上用旋塗一層濃度為2g/ml的AgNO3水溶液，然後以80°C進行後烘蒸發掉AgNO3水溶液裡的水分，對基片進行紫外光照使AgNO3分解成銀膜層，其中在正方形凹槽內的銀膜層的厚度為10-20納米。第一層銀膜層在凹槽中的厚度分布規律是凹槽中心區域薄，凹槽邊緣區域厚。(3)採用旋塗的方法在基片上塗布一層SOG，SOG層在表面張力的作用下會在凹槽裡形成弧面，經加熱後SOG固化並反應生成SiO2膜層；凹槽中SiO2膜層的厚度為10-20納米。(4)在凹槽裡交替製備29層銀膜層和塗布、固化28層SiO2膜層，將凹槽填平，就可以得到由銀/SiO2多層弧面膜層組成的兩面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡。本發明未詳細闡述的部分屬於本領域公知技術。
權利要求
1.一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於該方法步驟如下 步驟(I)在紫外透明的基片上製備亞微米級深度的平底凹槽，凹槽平行於基片表面的截面形狀為圓形、正方形、正八邊形或長方形； 步驟(2)在基片上旋塗一層銀的前驅體溶液，前驅體溶液在表面張力的作用下會在凹槽位置形成弧面膜層，經加熱或紫外光照射後前驅體溶液固化為銀膜，所述銀膜層的厚度為 8nm 至 50nm ； 步驟(3)採用旋塗的方法在沉積了一層銀膜層的凹槽裡塗布一層可固化的介質溶膠層，介質溶膠層在表面張力的作用下會在凹槽裡形成弧面膜層，經加熱處理後介質溶膠層固化為介質層；所述介質層固化後的厚度為8nm至50nm ； 步驟(4)在所述凹槽裡交替塗布、固化銀膜層和塗布、固化介質層，得到銀層和介質層交替組成的多層弧面膜層，直到將凹槽填平，即製備得到兩面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡；根據消逝波垂直於銀層表面傳播的特性，利用多層弧面膜層的弧面結構可以實現光波的曲線傳播，達到縮放倍率超分辨成像功能。
2.根據權利要求I所述的雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於所述步驟(I)中基片的材料為石英、玻璃、氮化矽或聚醯亞胺。
3.根據權利要求I所述的雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於所述步驟(1)中凹槽的直徑或邊長為400nm至2000nm,凹槽的深度為50nm至500nm。
4.根據權利要求I所述的雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於所述步驟(2)中銀膜的前驅體溶液可以為銀納米粒子的懸浮液，或硝酸銀的水溶液，或硝酸銀與有機溶劑的混合溶液。
5.根據權利要求I所述的雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於所述步驟⑶中介質溶膠層的材料可以為SOG、PMMA或ARP3170、ARN7520等光刻膠，每層介質層在凹槽內任意位置的厚度與相鄰銀膜層在該位置的厚度保持在一定比例範圍內，比例為0. 8—I. 25o
6.根據權利要求I所述的雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其特徵在於所述步驟(4)中銀層和介質層交替組成的多層弧面膜層的層數為5至80層。
全文摘要
本發明提供一種雙平面超分辨成像透鏡的製備方法，其步驟為在紫外透明的基片上製備亞微米級深度的平底凹槽，凹槽平行於基片表面的截面形狀為圓形、正方形、正八邊形或長方形；在基片上塗布一層銀的前驅體溶液，銀的前驅體溶液在表面張力的作用下會在凹槽位置形成弧面膜層，經加熱或紫外光照射後前驅體溶液固化為銀膜；然後在銀膜層上塗布一層溶膠狀介質，溶膠狀介質在表面張力的作用下會在凹槽位置形成另一個弧面膜層，經加熱後溶膠狀介質固化為介質膜；依此類推，直到將凹槽填平，就得到了物面和像面均為平面的縮放倍率超分辨成像透鏡。本發明該雙平面縮放倍率超分辨成像透鏡能夠二維或一維的縮小光刻或放大成像。
文檔編號G02B3/00GK102621602SQ201210107959
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者馮沁, 劉凱鵬, 張鷥懿, 楊磊磊, 王長濤, 羅先剛, 胡承剛, 趙澤宇, 陶興, 黃成 申請人:中國科學院光電技術研究所