[发明专利]基于纳米复制成型的柔性光子晶体传感器及制备方法

说明书

本发明属于光电器件技术领域，并具体公开了基于纳米复制成型的柔性光子晶体传感器及制备方法，所述方法包括，S1、制备光子晶体光栅模板；S2、硅模板光栅表面处理；S3、柔性光栅基底成型；S4、柔性光栅基底剥离；S5、沉积高折射率材料层，形成柔性可拉伸光子晶体传感器。所述传感器包括柔性光栅基底层和高折射率光栅层，柔性光栅包括呈周期交替排列的光栅凹槽和光栅凸台，所述光栅凹槽和光栅凸台的上表面均沉积有高折射率材料层。本发明成功的解决了传统的光子晶体传感器不具备柔性和可拉伸性的不足之处，为柔性光子晶体器件在机器人触觉感知领域的应用提供了基础，制备工艺简单，耗时短，成本低、适应性强、检测精度高。

技术领域

本发明属于光电器件技术领域，更具体地，涉及一种基于纳米复制成型的柔性光子晶体传感器及制备方法。

背景技术

光子晶体是指由不同折射率介电材料层所构成的能够调制光传播方向的周期性纳米结构。光子晶体一般由三层不同折射率的介电材料所形成，其中间层为折射率系数相对较高的材料用于耦合共振波长。光子晶体类传感器具有耗材小、稳定性高、易于集成并能够大规模生产的特点,使得其在生命科学、基因工程、医疗分析、生物医药等新兴领域得到了广泛应用。传统光子晶体结构器件所采用SiO₂、Si等硬质材料作为基底层，使得这一类光子晶体结构器件不具有拉伸、弯曲等弹塑性形变的能力。在面向机器人触觉的多模态感知系统中，除了需要实时精确的检测数据信息，还要求检测器件能够实现对不同的外界物理量(压力、应变和温度等)进行分类感知、与非规则曲面基底共形接触以及承受较大的物理形变等功能。

中国专利CN 106646681A公开了一种光子晶体纳米流体传感器、其制备方法及应用，包括光刻胶层、硅晶片基底、第一折射率材料薄膜层、第二折射率材料薄膜层和聚合物材料封接层，该传感器为基于光子晶体的纳米流体传感器，成功解决了传统的光子晶体传感器消耗检测物过多、检测时间长、测试精度不高的问题，但该传感器采用SiO₂、Si等硬质材料作为基底层，不具有拉伸、弯曲等弹塑性形变的能力。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于纳米复制成型工艺的柔性光子晶体传感器及制备方法，利用具有可拉伸性的弹塑性光学透明性材料作为基底制备，该方式能够充分发挥柔性基底的可拉伸性功能，对由外界物理量变动引起的光子晶体结构变化进行分类感知。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于纳米复制成型的柔性光子晶体传感器的制备方法，包括如下步骤：

S1、制备光子晶体光栅模板：利用电子束刻蚀法，在硅片上刻蚀周期性光栅图案，得到硅模板光栅；

S2、硅模板光栅表面处理：将硅模板光栅置于疏水硅烷中浸泡后，进行清洗，得到具有表面疏水性的硅模板光栅；

S3、柔性光栅基底成型：将未固化的质量比为11:1～9:1的预聚体与固化剂旋涂在硅模板光栅表面，并加热固化，形成PDMS纳米光栅；

S4、柔性光栅基底剥离：将固化的PDMS纳米光栅从硅片模板上剥离得到柔性光栅基底；

S5、沉积高折射率材料层：利用电子束蒸镀法，在柔性光栅基底的表面沉积高折射率材料层，形成柔性可拉伸光子晶体传感器。

进一步的，所述S3中加热固化的温度为80～100℃，加热固化的时间为30～60min。

进一步的，所述高折射率材料层的沉积厚度H2为50nm～200nm，所述高折射率材料层为ZnS、Si₃N₄、TiO₂、ZnO或碲酸盐玻璃。

进一步的，所述S2中采用丙酮、异丙醇以及去离子水进行清洗。

进一步的，所述预聚体与固化剂的质量比为10:1。