二维亚波长结构石英紫外压印模板的制备

　　利用紫外光刻和反应离子刻蚀技术在石英衬底上制备二维亚波长结构的压印模板, 并对模板进行表面修饰。研究了主要刻蚀工艺参数对刻蚀速率及刻蚀形貌的影响。增加工作气压, 刻蚀速率先增大到最大值, 然后下降; 增加射频功率可以提高刻蚀速率, 但功率过大会导致刻蚀产物发生二次沉积; 延长刻蚀时间可以增加刻蚀深度, 但时间过长会发生过刻蚀现象。在优化的刻蚀工艺条件下制备出了较为理想的亚波长石英模板。经表面修饰后, 模板表面与水的接触角增大, 有效克服了压印胶的粘连, 并在ZnS 衬底上压印出了良好的二维亚波长结构图形。

　　二维亚波长结构是指特征尺寸与入射光波长相当或比入射光波长更小的周期性表面结构。与传统抗反射薄膜相比, 二维亚波长结构表面具有很好的抗反射效果, 并且不存在与衬底间的界面结合、热膨胀系数适配及折射率匹配等问题, 此外还具有抗辐射、宽视角、宽波段透射等优点。因此, 抗反射二维亚波长结构表面的制备及应用得到了广泛的研究。

　　Kart ika 等以镍纳米颗粒为掩模, 用电感耦合等离子体刻蚀在氮化硅表面制备了二维亚波长结构; Leem 等采用激光干涉光刻和反应离子刻蚀在玻璃衬底上制备出掺铝氧化锌( AZO) 亚波长结构;李以贵等采用X 光光刻和显影技术制备了高深宽比的聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 抗反射结构; Sun等采用SiO2 纳米颗粒为掩模, 在硅表面制备了宽波段抗反射蛾眼结构; 本课题组徐启远等采用紫外光刻和反应离子刻蚀在ZnS 表面制备了8~ 12 um波段范围内增透的二维亚波长结构。但这些制备方法成本较高, 并且不适用于在大面积衬底上制备亚波长结构。纳米压印( NIL) 技术可以大批量重复性地在大面积衬底上制备微纳米结构图形, 并且所制出的高分辨率图案具有相当好的均匀性和重复性,与极端紫外线光刻, X 射线光刻和电子束光刻等工艺相比,NIL 技术具有很强竞争力和广阔的应用前景, 因此可被用来制备抗反射二维亚波长结构表面。自从Chou 等发明NIL 以来, NIL 受得了广泛的关注, 其中高质量的压印模板的制备是NIL 技术的关键问题之一。

　　本论文针对所设计的ZnS 红外窗口的二维亚波长结构抗反射表面, 采用传统的紫外掩模光刻技术及反应离子刻蚀技术在双面抛光的石英衬底上制备红外抗反射二维亚波长结构表面的压印模板, 并对模板进行表面修饰, 最后在ZnS 衬底上压印了二维亚波长结构。

结论

　　针对ZnS 窗口的抗反射二维亚波长结构表面,采用传统光刻和RIE 技术在石英衬底上制备了紫外压印模板, 并进行了表面修饰, 研究了主要刻蚀工艺参数对石英亚波长结构的刻蚀速率影响。研究结果表明, 刻蚀速率随着工作气压强的增加先增大后减小, 随着射频功率的增大呈线性增大; 刻蚀深度随刻蚀时间的增加而增加, 最后趋于稳定。但功率过大会导致刻蚀产物发生二次沉积; 刻蚀时间过长, 会发生过刻蚀现象。在优化的工艺条件下, 在石英衬底上制备出图案清晰、表面光滑, 均匀性好、保真性高的亚波长结构。经表面修饰后, 模板与水的表面接触角显著增大; 初步的压印试验表明, 表面修饰有效降低了模板与压印胶层之间的相互作用, 克服了粘连现象, 并在ZnS 衬底上压印出了良好的亚波长结构图形。