光子筛及其制作方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种光子筛及其制作方法。所述光子筛包括：透光衬底；位于所述透光衬底上的不透光多层膜，所述不透光多层膜包括多层相间设置的金属膜和介质膜；设置在所述不透光多层膜上、呈多个环带状分布的多个小孔，每一环带上的多个小孔随机分布且彼此不重叠。本发明专利技术所提供的光子筛由于在透光衬底上设置有多层相间排列的金属膜和介质膜，且在所述多层相间排列的金属膜和介质膜内设置有呈环带状分布的多个小孔，因此，当光照射在所述光子筛上时，在金属膜和介质膜的表面等离子体极化和表面等离子体耦合将得到增强，从而有效地提高了光的透过率，进而提高了光子筛的衍射效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及衍射光学元件
，更具体地说，涉及一种。技术背景光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件，它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的1. 5倍。光子筛突破了波带片的分辨率限制，得到的聚焦光斑比同样特征尺寸的波带片聚焦光斑更小，而且有效的抑制了聚焦光斑的旁瓣，减小了背景光从而提高了分辨率。光子筛与波带片相比制作简单、性能优越，在软X射线、极紫外光线的聚焦和成像上具有很好的应用，可用于高分辨率显微术、光谱学和下一代光刻等研究领域。虽然如此，但目前普通的光子筛存在的主要问题就是衍射效率低，因此在其实际应用中就有了很大的限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种，以解决现有的光子筛衍射效率低的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案一种光子筛，所述光子筛包括透光衬底；位于所述透光衬底上的不透光多层膜，所述不透光多层膜包括多层相间设置的金属膜和介质膜； 设置在所述不透光多层膜上、呈多个环带状分布的多个小孔，每一环带上的多个小孔随机分布且彼此不重叠。优选的，上述光子筛中，所述环带中心半径为rm2 = 2mfA+m2X2 ;其中，m为正整数，f为焦距，λ为波长。优选的，上述光子筛中，每一环带上的多个小孔的直径均相同，且为dm = λ /2rffl, 其中λ为波长。优选的，上述光子筛中，所述金属膜和介质膜均为五层。优选的，上述光子筛中，每层金属膜和介质膜的厚度均为30nm。优选的，上述光子筛中，所述金属膜材料为银。优选的，上述光子筛中，所述介质膜材料为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪或二氧化锆。优选的，上述光子筛中，所述透光衬底为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。本专利技术还提供了一种光子筛制作方法，该方法包括对透光衬底进行抛光清洗；在所述透光衬底上形成相间排列的金属膜和介质膜，从而在所述透光衬底上形成不透光多层膜；在所述不透光多层膜中形成多个环带状分布的多个小孔，且每一环带上的多个小 孔彼此不重叠。优选的，上述方法中，在所述不透光多层膜中形成多个环带状分布的多个小孔，具 体包括在所述不透光多层膜上旋涂电子束抗蚀剂；在具有多个环带状分布的多个小孔图案的掩膜版的遮挡下，采用电子束照射所述 电子束抗蚀剂，所述掩膜版上每一环带上的多个小孔彼此均不重叠；对采用电子束照射后的电子束抗蚀剂进行显影，在所述电子束抗蚀剂内形成多个 环带状分布的多个小孔；以所述具有多个环带状分布的多个小孔的电子束抗蚀剂为掩膜对所述不透光多 层膜进行刻蚀，在所述不透光多层膜中形成多个环带状分布的多个小孔。从上述技术方案可以看出，本专利技术所提供的光子筛包括透光衬底；位于所述透 光衬底上的不透光多层膜，所述不透光多层膜包括多层相间设置的金属膜和介质膜；设置 在所述不透光多层膜上、呈多个环带状分布的多个小孔，每一环带上的多个小孔随机分布 且彼此不重叠。本专利技术所提供的光子筛，由于透光衬底上设置有多层相间排列的金属膜和 介质膜，且在所述多层相间排列的金属膜和介质膜内设置有呈环带状分布的多个小孔，因 此，当光照射在所述光子筛上时，在金属膜和介质膜的表面等离子体极化和表面等离子体 耦合将得到增强，从而有效地提高了光的透过率，进而提高了光子筛的衍射效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的光子筛的结构示意图2为图1中虚线框指示部分的放大结构示意图3为本专利技术所提供的光子筛制作方法的流程示意图4为本专利技术所制成的光子筛的扫描电镜图5为本专利技术所制成的光子筛的聚焦特性仿真图6为采用传统工艺所形成的光子筛的聚焦特性仿真图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例一参考图1，图1为本专利技术所提供的光子筛的结构示意图，所述光子筛包括透光衬底I ;位于所述透光衬底I上的不透光多层膜2，所述不透光多层膜2包括多层相间设置的金属膜和介质膜；设置在所述不透光多层膜2上、呈多个环带状分布的多个小孔3，每一环带上的多个小孔3随机分布且彼此不重叠。为了更清楚地描述透光衬底I及其上不透光多层膜2的位置关系，对图1中虚线框部分进行了局部放大，得到的剖面示意图如图2所示，图2中示出了透光衬底1，位于透光衬底I上的不透光多层膜2，所述不透光多层膜2包括多层相间设置的金属膜21和介质膜 22。具体形成过程中，可以先在透光衬底I上形成金属膜，也可以先形成介质膜，对此本专利技术并无特别限制。优选的，可以设置使得金属膜21和介质膜22各为五层，且通过控制形成时间使得各层金属膜21和介质膜22的厚度均为30nm。本实施例中所述金属膜21材料可以为银，所述介质膜22材料可以为二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、二氧化铪(HfO2)或二氧化锆 (ZrO2)等。所述透光衬底，顾名思义，即是可以使光透过的衬底，所述透光衬底的材料可以为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃等。位于不透光多层膜2上的多个小孔3可以为圆形，也可以为方形、正六边形等正多边形，本专利技术实施例中以圆形为例进行说明。所述多个小孔3分布在多个环带上，且这些环带的中心半径rm，环带宽度Wm满足如下关系rm2 = 2mf λ +m2 λ 2,Wm= λ /2rm, 其中，m为正整数，f为焦距，λ为波长。对于任一环带上的多个小孔均成随机分布状态，S卩同一环带上相邻小孔之间的间距没有限制，但同一环带上的多个小孔彼此之间均不重叠，且直径均相等并等于其所在环带的宽度，因此，分布在宽度为Wm的环带上的多个小孔的直径4为dm = wm= λ/2Γπ，其中λ为波长，rmS该环带的中心半径。本专利技术实施例中设置在不透光多层膜2上的多个小孔3，是在不透光多层膜2厚度方向上设置的小孔，且所述多个小孔3贯穿所述不透光多层膜2，因此，当光照射该光子筛时，光线可由不透光多层膜2上的多个小孔3透过，再经透光衬底I最后聚焦或成像。由于所述不透光多层膜2包括多层相间排列的金属膜和介质膜，因此，当光线透过所述多个小孔3时，所述金属膜和介质膜的表面等离子体极化和表面等离子体耦合将达到光学场增强，进而可提闻光线的透光率，最终提闻光子筛的衍射效率。实施例二上面详细描述了本专利技术所提供的光子筛，下面介绍光子筛的制作方法。参考图3，图3为本专利技术所提供的光子筛制作方法的流程示意图，该方法具体包括如下步骤步骤S1:对透光衬底进行抛光清洗。首先选取一透光衬底，并对所述透光衬底进行抛光清洗。该透光衬底选为石英衬底，石英衬底的厚度为1. 5mm,直径为25. 4mm,且该透光衬底在应用波长405nm的照射下透过率大于85%。对透光衬底进行抛光清洗后，使透光衬底的粗糙度小于O. 5nm，平整度小于步骤S2 :在所述透光衬底上形成相间排列的金属膜和介本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子筛，其特征在于，包括：透光衬底；位于所述透光衬底上的不透光多层膜，所述不透光多层膜包括多层相间设置的金属膜和介质膜；设置在所述不透光多层膜上、呈多个环带状分布的多个小孔，每一环带上的多个小孔随机分布且彼此不重叠。

【技术特征摘要】
1.一种光子筛，其特征在于，包括 透光衬底； 位于所述透光衬底上的不透光多层膜，所述不透光多层膜包括多层相间设置的金属膜和介质膜； 设置在所述不透光多层膜上、呈多个环带状分布的多个小孔，每一环带上的多个小孔随机分布且彼此不重叠。2.根据权利要求1所述的光子筛，其特征在于，所述环带中心半径为rm2=2mfA+m2 λ 2 ;其中，m为正整数，f为焦距，λ为波长。3.根据权利要求2所述的光子筛，其特征在于，每一环带上的多个小孔的直径均相同，且为(Ini = λ Ar111，其中λ为波长。4.根据权利要求1所述的光子筛，其特征在于，所述金属膜和介质膜均为五层。5.根据权利要求4所述的光子筛，其特征在于，每层金属膜和介质膜的厚度均为30nm。6.根据权利要求1所述的光子筛，其特征在于，所述金属膜材料为银。7.根据权利要求1所述的光子筛，其特征在于，所述介质膜材料为二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪或二氧化锆。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海亮，史丽娜，朱效立，李冬梅，谢常青，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：