使用中间层在有机和无机基材中和有机或无机基材上制造纳米结构制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在有机或无机基材中和有机或无机基材上产生纳米结构的方法，其至少包括以下步骤：a)提供具有预定折光指数的主要基材；b)用一个或多个中间层涂布该主要基材，每个中间层具有与该主要基材的折光指数不同的预定折光指数，其中层的顺序被布置成使得在主要基材和所述一个或多个中间层的最上层之间产生预定折光指数梯度；c)任选地用附加顶层涂布所述一个或多个中间层的最上层；d)在步骤a)‑b)或a)‑c)之后获得的复合基材的最上层上沉积纳米结构化的蚀刻掩模；e)通过反应性离子蚀刻在复合基材的至少最上层中产生突出结构，特别是锥状或柱状结构，或凹陷结构，特别是孔。本发明专利技术的另一方面涉及通过所述方法得到的具有纳米结构化表面的复合基材。

Using the intermediate layer to produce nanostructures on organic and inorganic substrates and on organic or inorganic substrates

The invention relates to a method for producing a nanostructure in organic or inorganic material and organic or inorganic substrates, which at least comprises the following steps: a) provides the main substrate having a predetermined refractive index; b) with one or more intermediate layer coating the main substrate, each intermediate layer having a predetermined refractive index with different the main substrate refractive index, wherein the layer sequence is arranged such that the main substrate between the upper and the one or more intermediate layers have predetermined refractive index gradient; c) optionally with additional top coating the top of one or more intermediate layer; d) in step a) b) or a) C) the upper composite substrate obtained after the etching on the deposition of nano structured mask; E) have prominent structure by reactive ion etching in composite substrate at least the upper layer, especially the cone A shape or columnar structure, or a hollow structure, especially a hole. Another aspect of the invention relates to a composite substrate with a nanostructured surface obtained through the method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用中间层在有机和无机基材中和有机或无机基材上制造纳米结构在各种基材表面上产生纳米结构的数种方法是本领域已知的。这样的纳米结构例如可以用于固定靶物质例如生物分子，或用于在相应的基材上提供抗反射涂层。在基材表面上产生纳米结构或纳米图案的一种方法是基于电子束光刻。然而，通常，这种方法是相当缓慢和昂贵的。另一种常用的方法涉及各种蚀刻技术，包括反应性离子蚀刻(RIE)、反应性离子束蚀刻(RIBE)、等离子体处理等。特别是，已经开发了通过嵌段共聚物胶束纳米光刻(BCML)和RIE的组合在石英玻璃上提供称作蛾眼(moth-eye)结构(MOES)的抗反射结构的特别有利的方法(参见例如WO2008/116616A1)。然而，这些方法通常受限于适合的基材材料和应用。例如，因为BCML掩模和基材具有相似的蚀刻速率和/或RIE处理的蚀刻参数不适合所需基材材料，所以使用所述BCML和RIE的组合难以或不可能蚀刻例如SF10玻璃、CaF2、Al2O3的许多高折射基材。为了给不可蚀刻的主要基材提供这样的纳米结构，已知用另外的可蚀刻材料(例如二氧化硅)涂布主要基材并在其中产生所需纳米结构。然而，通常，这些可蚀刻层的折光指数与主要基材的折光指数不同。这导致纳米结构化基材的抗反射性能的显著降低。此外，在某些条件(机械或热应力)下，该另外的可蚀刻层会机械上不稳定并与主要基材分离。因此，本专利技术的一个目的是在各种有机和无机基材中或各种有机和无机基材上提供纳米结构，特别是抗反射纳米结构，该基材包括不适合于常规蚀刻技术的基材表面，以及克服上述现有技术缺点的相应的纳米结构化基材。根据本专利技术，该目的通过提供根据权利要求1的方法和根据权利要求14的复合基材来实现。本专利技术的具体或优选实施方案和方面是其他权利要求的主题。专利技术描述根据本专利技术，根据权利要求1的用于在有机或无机基材中和有机或无机基材上产生纳米结构的方法至少包括以下步骤：a)提供具有预定折光指数的主要基材；b)用一个或多个中间层涂布主要基材，每个中间层具有与主要基材的折光指数不同的预定折光指数，其中层的顺序被布置成使得在主要基材和所述一个或多个中间层的最上层之间产生预定折光指数梯度；c)任选地用附加顶层涂布所述一个或多个中间层的最上层；d)在步骤a)-b)或a)-c)之后获得的复合基材的最上层上沉积纳米结构化的蚀刻掩模；e)通过反应性离子蚀刻在复合基材的至少最上层中产生突出结构，特别是锥状或柱状结构，或凹陷结构，特别是孔。在根据本专利技术的方法的一个具体实施方案中，纳米结构化的蚀刻掩模包括纳米颗粒的有序阵列或统计学分布的纳米颗粒，其中统计学分布的空间频率仅显示了大于光波长(通常为30nm至300nm)倒数(inverse)的贡献。在本专利技术的一个优选实施方案中，通过胶束二嵌段共聚物纳米光刻技术在基材表面上提供纳米颗粒的有序阵列，例如如在EP1027157B1和DE19747815A1中所述。在胶束纳米光刻中，将嵌段共聚物的胶束溶液沉积在基材上，例如通过浸涂，并且在合适的条件下，在表面上形成化学上不同的聚合物域的有序膜结构，其特别取决于嵌段共聚物的类型、分子量和浓度。溶液中的胶束可以加载有无机盐，该无机盐随聚合物膜沉积之后可以被氧化或还原成无机纳米颗粒。在专利申请DE102007017032A1中描述的该技术的进一步发展使得能够通过各种措施如此精确地在二维上设置所提及的聚合物域的横向分离长度(并因此也设置所得纳米颗粒的横向分离长度)和这些纳米颗粒的尺寸二者，使得可以制造具有所需间隔和/或尺寸梯度的纳米结构化表面。通常，用这样的胶束纳米光刻技术制造的纳米颗粒布置具有准六边形图案。BCML蚀刻掩模可以通过本领域已知的任何合适的方法沉积在主要基材上，例如浸涂或旋涂。原则上，纳米颗粒材料没有特别的限制，并且可以包括现有技术中已知的用于这样的纳米颗粒的任何材料。通常，这是金属或金属氧化物。在DE102007014538A1中提到了宽范围的合适材料。优选地，纳米颗粒的金属或金属组分的材料选自Au、Pt、Pd、Ag、In、Fe、Zr、Al、Co、Ni、Ga、Sn、Zn、Ti、Si和Ge、其混合物和复合材料。优选的金属氧化物的具体实例是氧化钛、氧化铁和氧化钴。金属的优选实例是金、钯和铂，特别优选金。本文所用的术语“颗粒”还包括“簇(cluster)”，特别是如DE102007014538A1和DE19747815A1中所述和定义，并且这两个术语可以互换使用。有利地，主要基材的材料没有特别限制，并且可以选自宽范围的有机基材和无机基材。在一个具体的实施方案中，主要基材的材料选自玻璃，特别是包括下列无机玻璃基本体系之一，所述无机玻璃基本体系的主要成分为：1)B2O3-La2O3-MmOn(m为1-2的整数，n为2-5的整数；MmOn优选地选自ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Gd2O3、Y2O3、TiO2、WO3)；2)(B2O3，SiO2)-La2O3-MO，MO是通常选自MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的金属氧化物；3)SiO2-PbO-M2O，其中M2O例如选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O；SiO2-PbO-M2O体系玻璃中的PbO含量可以被TiO2部分或完全地替代；4)SiO2-B2O3-BaO；5)(SiO2，B2O3)-BaO-PbO；6)SiO2-M2O-TiO2(优选地玻璃晶格/基质包含另外的氟和/或氧的分子、原子或离子(例如F2))，其中M2O是通常选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O的金属氧化物；7)P2O5-Al2O3-MO-B2O3，其中MO例如选自：MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO；8)SiO2-BaO-M2O，其中M2O例如选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O。在更具体的实施方案中，主要基材的材料包括玻璃和石英玻璃，或者由玻璃和石英玻璃组成，特别是SF10、N-LASF9(Schott，折光指数1.85)、N-LASF45(Schott，折光指数1.80)、N-SF6(Schott，折光指数1.81)，N-SF57(Schott，折光指数1.85)、S-LAM66(Ohara，折光指数1.80)、S-TIH14(Ohara，折光指数1.76)、S-BAH28(Ohara，折光指数1.72)、NBF1(Hoya，折光指数1.74)、NBFD3(Hoya，折光指数1.81)或E-FD8(Hoya，折光指数1.69)玻璃、SiO2、CaF2、GaAs、Al2O3。在优选实施方案中，主要基材的材料选自石英玻璃，特别是高品质石英玻璃，例如Suprasil玻璃。在另一个具体实施方案中，主要基材的材料选自有机材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、含聚碳酸酯的共聚物(例如PC-HT)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、甲基丙烯酰基-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(MABS)、聚苯乙烯(PS)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚甲基丙烯酰甲亚胺(polymethacrylmethylimide)(PMMI)、基于环烯烃的聚合物(COP)、基于环烯烃的共聚物(COC)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚亚甲基戊烯(TPX)、聚酰胺12(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在有机基材或无机基材中和在有机基材或无机基材上产生纳米结构的方法，其至少包括以下步骤：a)提供具有预定折光指数的主要基材；b)用一个或多个中间层涂布所述主要基材，每个中间层具有与所述主要基材的折光指数不同的预定折光指数，其中所述层的顺序被布置成使得在所述主要基材和所述一个或多个中间层的最上层之间产生预定折光指数梯度；c)任选地用附加顶层涂布所述一个或多个中间层的最上层；d)在步骤a)‑b)或a)‑c)之后获得的复合基材的最上层上沉积纳米结构化的蚀刻掩模；e)通过反应性离子蚀刻在所述复合基材的至少最上层中产生突出结构，特别是锥状或柱状结构，或凹陷结构，特别是孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在有机基材或无机基材中和在有机基材或无机基材上产生纳米结构的方法，其至少包括以下步骤：a)提供具有预定折光指数的主要基材；b)用一个或多个中间层涂布所述主要基材，每个中间层具有与所述主要基材的折光指数不同的预定折光指数，其中所述层的顺序被布置成使得在所述主要基材和所述一个或多个中间层的最上层之间产生预定折光指数梯度；c)任选地用附加顶层涂布所述一个或多个中间层的最上层；d)在步骤a)-b)或a)-c)之后获得的复合基材的最上层上沉积纳米结构化的蚀刻掩模；e)通过反应性离子蚀刻在所述复合基材的至少最上层中产生突出结构，特别是锥状或柱状结构，或凹陷结构，特别是孔。2.根据权利要求1的方法，其中所述纳米结构化的蚀刻掩模包括纳米颗粒的有序阵列或统计学分布的纳米颗粒，其中统计学分布的空间频率仅显示了大于光波长倒数的贡献，所述光波长通常为30nm至300nm。3.根据权利要求2的方法，其中形成所述蚀刻掩膜的纳米颗粒的有序阵列通过胶束二嵌段或多嵌段共聚物纳米光刻来提供。4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述主要基材的材料选自石英玻璃和玻璃，特别是包括下列无机玻璃基本体系之一，所述无机玻璃基本体系的主要成分为：1)B2O3-La2O3-MmOn(m为1-2的整数，n为2-5的整数；MmOn优选地选自ZrO2、Ta2O5、Nb2O5、Gd2O3、Y2O3、TiO2、WO3)；2)(B2O3，SiO2)-La2O3-MO，MO是通常选自MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO的金属氧化物；3)SiO2-PbO-M2O，其中M2O优选地选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O；SiO2-PbO-M2O体系玻璃中的PbO含量被TiO2部分或完全地替代；4)SiO2-B2O3-BaO；5)(SiO2，B2O3)-BaO-PbO；6)SiO2-M2O-TiO2(优选地包含另外的氟和/或氧的分子、原子或离子)，其中M2O是通常选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O的金属氧化物；7)P2O5-Al2O3-MO-B2O3，其中MO优选地选自：MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO；8)SiO2-BaO-M2O，其中M2O优选地选自Li2O、Na2O、K2O、Ca2O。5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述一个或多个中间层的材料选自玻璃和石英玻璃，特别是SiOx(其中1<x<2)和SiOxNy(其中y/x+y在0-0.5的范围且N/(N+O)为0至50％)。6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述附加顶层的材料选自石英玻璃例如SiO2和SiOxNy，其中x和y如权利要求5所定义且N/(N+O)为0％至50％。7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所述主要基材的折光指数在1.46至2.01的范围内，并且所述复合基材的最上层的折光指数在1.3至1.6的范围内。8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述蚀刻包括至少一个用蚀刻剂的处理，所述蚀刻剂选自氯气、气态含氯化合物、氟化烃、氟碳化合物、氧气、氩气、SF6及其任意混合物。9.根据权利要求8的方法，其中所述蚀刻包括至少一个用作为蚀刻剂的Ar/SF6/O2或Ar/SF6混合物的处理和至少一个用作为蚀刻剂的Ar/CHF3混合物的处理。10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中每个蚀刻处理进行10秒至10分钟的时段。11.根据权利要求1-10中任一项的方法，其进一步包括对所产生的突出结构的机械处理，例如超声处理。12.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：JH·迪克斯，陈文文，J·P·施帕茨，R·布伦纳，M·克劳斯，
申请(专利权)人：马克斯普朗克科学促进学会，
类型：发明
国别省市：德国,DE