[发明专利]高增透表面微结构的制备方法及制备的微结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种高增透表面微结构的制备方法及利用该方法制备得到的微结构，用 于提高表面增透性能。

背景技术

在光学元件中，由于元件表面的反射作用而使光能损失，为了减少元件表面的反射 损失，目前普遍采用的方式是在光学元件表面镀层透明介质薄膜即增透膜。由于膜层材 料与元件窗口层材料存在本质的不同，彼此之间将存在着接触电阻、黏着性、热膨胀不 匹配等问题，这种增透膜无法解决所镀膜层与器件材料的匹配问题。此外，只有当所镀 膜层材料的折射率为其上下介质折射率乘积的均方根值时，增透效果才会出现极大值， 而此种折射率的材料往往是不存在的，因而表面镀膜的方式在实际运用中受到了极大的 限制。

为克服增透膜存在的不足，现有技术中出现了利用在元件表面制备微结构的方式， 该方案通过对器件窗口层材料进行微结构化处理，能够降低表面的折射率差，从而提高 其光增透性能。

器件微结构通常需要具有纳米级尺寸，采用纳米压印技术制备具有纳米级尺寸的微 结构成为目前的一种重要选择手段。纳米压印是一种直接利用机械接触挤压，使被压印 材料在模板和基底之间发生再分布的方法，由于纳米压印初始模板对微结构的深度和占 空比可等影响微结构增透性能的尺寸特性具有重要影响，而且对微结构的可大面积制备 和成本控制具有关键作用，纳米模板的制备至关重要，另外，纳米压印中对压印参数的 确定、脱模及以及微结构图案的转移过程等对微结构尺寸特性也具有重要影响，目前的 微结构制备方法中由于对上述关键因素特别是其匹配结合无法有效协调，导致目前的微 结构无法达到最优的增透效果，而且其制备工艺无法达到大面积制备的需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微结构的制备方法，其采用优化的工艺和制备参数，使 得制备得到的微结构可以克服因表面折射率差带来的反射对器件性能的影响，实现大面 积、低成本、高增透表面微结构的制备。

为达到上述目的，本发明提出的一种高增透表面微结构的制备方法，其具体步骤包 括：

(1)制备微结构模板，其中所述微结构模板表面图案间距满足D<λ/n_sub，式中λ为 所关心光波波长，n_sub为所考虑器件窗口层材料的折射率；

(2)纳米压印，即用上述微结构模板进行间接纳米压印，具体包括先窗口层旋涂 一层纳米压印光刻胶，由模板直接压印热纳米压印光刻胶，将图案转移到纳米压印光刻 胶上，再用复制有图案的纳米压印光刻胶对目标片进行压印，其中压强为30-50bar，压 印温度为50-80℃，紫外曝光时间30-120s，制备得到的微结构模板表面图案占空比f 由下式确定：

其中n_sub、n_med分别为窗口层材料折射率、周围介质折射率；

(3)室温下脱膜，将微结构模板表面的图案转移到纳米压印胶上；

(4)以复制了图案的纳米压印光刻胶为掩膜对样片进行刻蚀，包括首先去除压印 后图案底部的残胶，然后根据微结构模板表面图案深度h进行刻蚀，其中微结构模板表 面图案深度h通过确定；

(5)清洗，完成微结构制备。

优选地，所述微结构模板为多孔硅模板，其具体制备过程包括：在单抛硅表面依次 镀上SiO₂和铝，其次进行铝的阳极氧化，随后在磷酸溶液中进行扩孔，最后将多孔层 微结构转移至硅片表面，去除氧化多孔层后即得所需多孔硅模板。

优选地，所述多孔硅模板的表面镀有的SiO₂层厚度为8-12nm。

优选地，铝的阳极氧化由三次氧化组成，其中第一次氧化为在温度为5-10℃的 0.2-0.4M的草酸溶液中施加30-50V的电压进行8-12分钟时长的氧化，第二次氧化为在 温度为8-10℃的0.3-0.4M的草酸溶液中施加40-50V的电压进行9-11分钟时长的氧化， 第三次氧化为在第二次氧化后至氧化电流骤减且样片表面变黑为止。

优选地，所述扩孔随后在质量分数为5％的磷酸溶液中进行，且溶液温度恒定在 25-35℃

优选地，器件窗口层材料为非热或紫外可固化材料。

优选地，所述清洗用以去除表面残留的纳米压印胶，可以在去胶机中用O₂离子进 行清洗，也可以在浓硫酸和双氧水的混合溶液中加热清洗。

按照本发明的另一方面，提供一种利用上述方法制备的高增透表面微结构。

总体而言，本发明的技术方案具有以下有益效果：