[发明专利]一种仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构制备方法及三维纳米结构

说明书

本发明实施例提供了一种仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构制备方法及三维纳米结构，所述方法包括：在基底表面涂覆光刻胶；控制两束激光入射光呈预设角度照射所述光刻胶表面，利用两束激光入射光的干涉效果在所述光刻胶表面制备周期性的纳米条纹结构，并通过所述激光入射光和所述基底的反射光形成的驻波在所述光刻胶侧面形成周期性的纳米结构；利用表面带有周期性的纳米条纹结构以及侧面带有周期性的纳米结构的光刻胶制备仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构。本发明实施例采用激光干涉光刻法，在光刻胶表面制备出了纳米条纹结构，同时由入射光和基底反射光形成的驻波在光刻胶侧面形成周期性的纳米结构，从而制备得到了仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构。

技术领域

本发明实施例涉及微纳结构的设计加工领域，具体涉及一种仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构制备方法及三维纳米结构。

背景技术

蝴蝶翅膀由于其特殊的微纳米周期性结构，被广泛的研究与应用在光学器件上，包括生物传感器、光敏器件等等，这些传感器具有灵敏度高、特异性强等特点。

如何应用现有微纳加工制造技术，来实现蝴蝶翅膀的“仿制”，一直是学术界和工业界的难点。

微纳加工制造是全世界科学界和工业界的重要发展方向之一。其中有“top-down”和“bottom-up”两种不同工艺手段。“top-down”的方法常从顶端出发向下建造纳米结构，比如先在基底表面沉积一层掩模，然后从掩模出发往下建造纳米结构。此种技术的优势之一是结构相对比较均匀，不存在较大的误差。但是普遍需要比较昂贵的光源和高真空的环境，因此对于大面积工业化生产有很大难度，且制备过程非常缓慢。“bottom-up”的方法通常从原子尺度出发，通过控制材料结晶的条件，比如温度和酸碱度来形成纳米颗粒。其优势是制备过程非常简单，通常不需要昂贵的光源或者高真空环境。然而，结构大小和周期的均匀性非常难调控。制备蝴蝶仿生翅膀需要的是“top-down”的工艺，以达到高均匀性和周期性，从而进行工业化生产。常用的“top-down”技术，如纳米压印、传统光刻技术，或者电子束光刻技术都有缺点。纳米压印技术可以制备小尺寸的结构(如10nm)，但此技术需制备石英类的硬模板，通常耗时且较为昂贵。更重要的是，纳米压印中需要高压和高温来使光刻胶达到玻璃转化温度，这需要较长的时间来摸索参数。传统光刻技术由于受到衍射极限的影响，制备小周期性结构(如小于1μm)比较困难。通常为了提高纳米结构的精度，需要改变媒介的折射率，或者使用特殊的物镜来聚焦光源。因此，成本会大大的增加。电子束光刻技术是另一种较为流行的纳米加工方法，通常由聚焦的电子束轰击光刻胶并因此刻蚀光刻胶。由于电子束的直径小于1nm，由电子束光刻制备的结构可以小于10nm。然而，电子束光刻最严重的问题是加工速度非常慢，电子束需要在样品表面扫描以制备图案。通常制备10mm直径的硅片需要24小时，制备的成本高而效率很低。相反，“bottom-up”的技术可以比较简单的制备复杂的三维结构，但是对于纳米条纹的高度、周期、均匀性等无法保证。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构制备方法及装置。

第一方面，本发明实施例提供了一种仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构制备方法，包括：

在基底表面涂覆光刻胶；

控制两束激光入射光呈预设角度照射所述光刻胶表面，利用两束激光入射光的干涉效果在所述光刻胶表面制备周期性的纳米条纹结构，并通过所述激光入射光和所述基底的反射光形成的驻波在所述光刻胶侧面形成周期性的纳米结构；

利用表面带有周期性的纳米条纹结构以及侧面带有周期性的纳米结构的光刻胶制备仿蝴蝶翅膀的三维纳米结构。

进一步地，所述纳米条纹结构的周期由下面第一关系模型确定：

其中，P为所述纳米条纹结构的周期，λ为激光入射光的波长，θ₁为第一束激光入射光的入射角，θ₂为第二束激光入射光的入射角。