一种有机无机复合激光热刻蚀薄膜和微纳图形制备的方法，该有机无机复合激光热刻蚀薄膜包括沉积在基片上的ZnS-SiO2薄膜和旋涂在ZnS-SiO2薄膜上的腙类金属螯合物有机薄膜。所述的微纳图形制备的方法是采用激光直写装置对有机无机复合激光热刻蚀薄膜进行辐照，然后溶解去除有机层，并在显影液中显影，以获得超越光学衍射极限的微纳图形。该有机无机复合激光热刻蚀薄膜结构简单，制备工艺参数可控性好，重复性高，结合有机薄膜光敏感度好、光热转化效率高，结构与吸收波长易于调节和无机薄膜分辨率高的特点，能够实现超越光学衍射极限的微纳图形的制备，有望被用来制备光盘母盘、光刻或纳米压印模板、光学器件、二维光子晶体等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光热刻蚀光刻领域，具体涉及到一种。
技术介绍
激光热刻蚀技术是2002年由日本的MKuwahara等人提出(参考文献 M. Kuwahara, J. M. Li, C. Mihalcea, N. Atoda, J. Tominaga, L. P. Shi, Jpn. J. Appl. Phys. 2002 ； 41，L1022-L1024.)，该技术主要利用激光热刻蚀材料的热变化阈值效应实现超分辨光刻。 首先利用脉冲激光直接辐照热刻蚀薄膜，热刻蚀薄膜吸收光子后产生热效应引起热刻蚀薄膜的物理或化学性质发生变化，最终实现在显影液中选择性显影。该技术具有光刻装置成本低，控制容易，光刻工艺简单、制造成本低等优势。当前主要用于以下几个方面制造高密度蓝光光盘母盘；制造光刻或纳米压印模板；微纳光学、光子学器件；制备LED器件或太阳能薄膜表面阵列结构增强其发光效率或光电转换效率。2006 年 H. Miura 等把 SiS-SW2 (80mol % 20mol % )薄膜用于激光热刻蚀， 并获得了小于激光衍射极限的的微纳图形结构，并采用干法刻蚀将制备的微纳图形结构转移到了石英基片上。(参考文献 :H. Miura, N. Toyoshima, Y. Hayashi, S. Sangu, N. Iwata, J. Takahashi, Jpn. J. Appl. Phys. 2006 ；45，1410-1413.参考文献 :M. Hiroshi, Τ. Nobuaki, Τ. Kohji, Μ. Tetsuji, H. Katsunari, I. Noriyuki, Ricoh Technical Report 2007 ；33, 36-43.) 这说明SiS-SiO2 (80mol % 20mol % )薄膜具有比较高的热刻蚀分辨率。但是SiS-SiO2 (80mOl% 20mol% )薄膜在可见光区对光基本不吸收，所以直接把 ZnS-SiO2 (SOmol % 20mol% )薄膜用于激光热刻蚀制备微纳图形结构时需要比较大的激光辐照功率才能使SiS-SiO2 (80mOl% 20mol% )薄膜发生结构变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种，该有机无机复合激光热刻蚀薄膜结构简单，制备工艺参数可控性好，重复性高，结合了有机薄膜光敏感性好、光热转化效率高、结构与吸收波长易于调节和无机薄膜分辨率高的特点，可以在较低的激光辐照条件下制备出超越激光衍射极限的微纳图形结构。该微纳图形结构在光盘母盘、光刻或纳米压印模板、光学器件、二维光子晶体制备等方面有较大的应用前景。本专利技术技术解决方案如下一种有机无机复合激光热刻蚀薄膜，其特点在于包括沉积在基片上的SiS-SW2 薄膜和旋涂在该SiS-SiA薄膜上的腙类金属螯合物有机薄膜；所述的基片为厚度0.1 3mm的Si片或聚碳酸酯片；所述的SiS-SiO2薄膜的厚度为50 500nm，该SiS-SW2薄膜的SiS-SiO2的成分比为SOmol % 20mol % ；所述的腙类金属螯合物有机薄膜为厚度50 150nm,的腙镍螯合物、或腙钴螯合物、或腙铜螯合物、或腙锌螯合物。所述的有机无机复合激光热刻蚀薄膜的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤①基片清洗所述的Si基片表面粗糙度小于2nm，Si基片经去离子水浸泡超声清洗，无水乙醇超声清洗，最后取出用纯度99. 9%的高压氮气吹干，置于干燥器中备用；所述的PC片表面粗糙度小于2nm，制备薄膜之前用纯度99. 9%的高压氮气清洁；②基片和溅射靶材安装将所述的基片固定在磁控溅射仪的基片托上，然后把基片托夹持在磁控溅射仪真空腔里的基片座上，把所述的SiS-SW2靶材置于靶基座上固定好，调节靶材与基片之间的距离到6cm，然后关闭真空腔盖开始抽真空，直至腔内真空度优于 2 X KT4Pa ；③溅射S1S-SiA薄膜采用Ar气作为工作气体，通过气体流量计控制Ar气的通入量为SOsccm，同时调节磁控溅射仪闸板阀至工作气压为0. 85Pa，调节磁控溅射仪的射频电源控制溅射功率并利用计算机控制程序控制溅射时间进行溅射，溅射完成后，依次关闭射频电源、气体流量计，打开闸板阀抽气IOmin后关闭闸板阀，放气，打开磁控溅射仪的真空腔，取出制备的单层SiS-SW2薄膜样品；④旋涂腙类金属螯合物有机薄膜称取150mg腙类金属螯合物溶解于5mL四氟丙醇中，超声波振荡至完全溶解，配制成30mg/mL的四氟丙醇溶液，然后用孔径为0. 22 μ m的微孔过滤器过滤，滤液用作涂膜溶液，制膜在室温25士2°C和相对湿度50% 60%下进行， 将旋涂液滴加在上述制备的SiS-SW2薄膜样品上，控制勻胶阶段转速1000 2000转/分和时间1 5秒，在高速溶液旋涂薄膜制备设备(Steag lab coater勻胶机)上完成腙类金属螯合物有机薄膜的制备。利用所述的有机无机复合激光热刻蚀薄膜制备微纳图形的方法，其特征在于该方法包括下列步骤①激光辐照将所述的有机无机复合激光热刻蚀薄膜置于激光直写装置的高精度二维工作平台上，依次打开计算机程序、激光器和信号发生器，采用波长405nm的半导体脉冲激光直接辐照该有机无机复合激光热刻蚀薄膜；②去除有机薄膜用四氟丙醇淋洗激光辐照后的有机无机复合激光热刻蚀薄膜表面2 3遍，溶解去除腙类金属螯合物有机薄膜；③显影将40wt%的分析纯氢氟酸稀释到5 IOwt %，然后加入分析纯氟化铵，配制成氢氟酸和氟化铵的质量比为1 1的溶液，以该溶液作为显影液对所述的^iS-SiO2薄膜显影20 300s，便可制备出需要的微纳图形结构。利用本专利技术有机无机复合激光热刻蚀材料制备微纳图形结构的原理是有机薄膜在脉冲激光辐照下吸收光辐射产生热，然后热量向下传导到SiS-SiO2 (SOmol % 20mol%) 薄膜，超过阈值温度的微区SiS-SiO2 (80mol% 20mol% )薄膜发生物理或化学性质的变化，在显影液中物理或化学性质变化的区域和未变化的区域呈现不同的腐蚀选择性，从而制备出微纳图形结构。本专利技术的技术效果本专利技术的有机无机复合激光热刻蚀薄膜结构简单，制备工艺参数可控性好，重复性高，结合了有机薄膜光敏感性好、光热转化效率高、结构与吸收波长易于调节和无机薄膜较高热刻蚀分辨率的优点，可以制备出平滑的刻蚀膜面和形状规则、边界清晰的超越激光光学衍射极限的微纳图形点阵结构。该微纳图形结构在光盘母盘、光刻或纳米压印模板、光学器件、二维光子晶体制备等方面有较大的应用前景。附图说明图1是本专利技术有机无机复合激光热刻蚀薄膜的结构示意图。图2是本专利技术采用的激光直写装置的结构示意图。图中l-650nm半导体激光器；2、12、17、19-分光镜；3、13-功率探测器；4、14-扩束镜；5、10-1/4波片；6-四象限探测器；7-柱面镜；8-凸透镜；9-偏振分光镜；ll-405nm半导体激光器；15-蓝反红透镜；16-电荷耦合元件CXD ；18-白光；20-压电陶瓷；21-物镜，数值孔径为0.9 ;22_样品；23-高精度二维样品平移台。图3是本专利技术激光热刻蚀微纳图形结构形貌效果图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种有机无机复合激光热刻蚀薄膜，特征在于其构成包括沉积在基片（３）上的ＺｎＳ－ＳｉＯ２薄膜（２）和旋涂在ＺｎＳ－ＳｉＯ２薄膜（２）上的腙类金属螯合物有机薄膜（１）；所述的基片（３）为厚度０．１～３ｍｍ的Ｓｉ片或聚碳酸酯片；所述的ＺｎＳ－ＳｉＯ２薄膜（２）的厚度为５０～５００ｎｍ，该ＺｎＳ－ＳｉＯ２薄膜（２）的ＺｎＳ－ＳｉＯ２的成分比为８０ｍｏｌ％∶２０ｍｏｌ％；所述的腙类金属螯合物有机薄膜（１）为厚度５０～１５０ｎｍ，的腙镍螯合物、或腙钴螯合物、或腙铜螯合物、或腙锌螯合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李豪，耿永友，吴谊群，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31
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