周期性二维微纳光学结构的制备

发布时间：2017-10-14 04:17

  本文关键词：周期性二维微纳光学结构的制备

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【摘要】：基于纳米压印技术与反应离子刻蚀技术可以高效的实现微纳米结构高精度、低成本、高产出的结构复制。但是目前基于纳米压印技术的微纳结构复制还存在着以下问题:由于纳米压印技术为1:1复制,压印使用的模板需具有足够精度,目前大多采用电子束直写等方式加工,这就带来了模板加工成本高昂、加工效率较低的问题。课题“周期性二维微纳光学结构的制备”针对上述问题,结合纳米粒子自组装技术进行理论分析和实验研究,通过基于纳米粒子自组装技术完成纳米压印中的周期性二维模板制备,为更低成本、更高效率的纳米压印技术提供技术基础。本文主要完成以下工作:一、对以周期性介质微纳结构和周期性金属微纳结构为典型的周期性二维微纳光学结构的特点及应用现状进行研究,对当前周期性二维微纳结构的制备工艺的发展进行了研究。针对当前纳米压印技术模板制备成本高、加工效率低的问题提出了基于纳米粒子自组装制备压印模板的方法。二、在前人对分子自组装的理论研究的基础上,进一步对纳米粒子自组装过程进行分析,并对其作为一种微纳米加工方式的特点进行讨论。分析了纳米粒子在进行自组装时多个因素对其成膜的影响,力图向基于纳米粒子自组装制备纳米压印模板提供理论指导。三、基于本课题对纳米粒子自组装的理论分析和实验指导,完成纳米粒子自组装获得周期行二维结构。对反应离子刻蚀技术进行研究,在完成基于纳米粒子自组装的周期性二维结构后,完成压印模板的制备。四、对纳米压印技术进行研究,并以500纳米线宽,1000纳米周期的二维光栅为例,结合理论与实验对压印过程中的多个工艺参数进行分析,主要包括涂覆压印胶的厚度,压印温度,压印压力,压印时间以及曝光时间对光栅制备的影响。并分别采用两块模板进行光学微纳结构复制。最后,对所制备的光学元件进行表面形貌分析和其他光学性能测试。
【关键词】：周期性二维微纳结构 自组装 纳米压印 反应离子刻蚀
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN305.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题的背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 周期性二维微纳结构的研究现状11-19
• 1.2.1 周期性二维微纳结构的光学特性研究11-15
• 1.2.2 微纳结构制备工艺的发展概述15-19
• 1.3 自组装技术的应用19-20
• 1.3.1 自组装在光学传感器及光学元件中的应用19
• 1.3.2 自组装在修饰性膜材料中的应用19
• 1.3.3 自组装在纳米材料中的应用19-20
• 1.3.4 自组装在生物科学中的应用20
• 1.4 本课题主要研究内容20-22
• 第2章 单层自组装结构的研究22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 自组装形成单层结构的机理22-25
• 2.2.1 自组装原理22-25
• 2.2.2 自组装作为微纳米加工方式的特点25
• 2.3 自组装单层微纳结构的材料25-26
• 2.4 自组装过程中影响因素的分析26-31
• 2.4.1 基片表面亲水性27
• 2.4.2 聚苯乙烯微球的单分散特性27-28
• 2.4.3 微球溶液配比28-29
• 2.4.4 微球溶液注射状态29-30
• 2.4.5 表面活性剂的使用30
• 2.4.6 成膜时间30-31
• 2.4.7 单层膜转移方法31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 基于聚苯乙烯微球自组装的模板制备32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 基于PS微球自组装的单层周期二维结构32-38
• 3.2.1 实验装置设计33-34
• 3.2.2 基片表面预处理34-35
• 3.2.3 聚苯乙烯微球溶液配制35
• 3.2.4 注射微球35
• 3.2.5 添加表面活性剂35-36
• 3.2.6 成膜转移36-38
• 3.3 基于反应离子刻蚀的纳米压印模板制备38-41
• 3.3.1 反应离子刻蚀研究38-39
• 3.3.2 RIE参数影响分析39-40
• 3.3.3 压印模板制备40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 基于纳米压印的周期性二维微纳光学结构的制备42-59
• 4.1 引言42
• 4.2 纳米压印技术的工艺分析42-49
• 4.2.1 纳米压印技术42
• 4.2.2 压印胶的填充与脱模42-44
• 4.2.3 纳米压印前准备44-46
• 4.2.4 纳米压印技术工艺参数分析46-49
• 4.3 周期性二维微纳结构的制备49-54
• 4.3.1 纳米压印工艺流程49-53
• 4.3.2 正交周期二维微纳结构的制备结果53-54
• 4.4 光学性能分析54-58
• 4.4.1 光学性能数值分析54-56
• 4.4.2 光学性能测试56-58
• 4.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

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本文编号：1028939