利用紫外光刻和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在石英襯底上制備二維亞波長結(jié)構(gòu)的壓印模板, 并對模板進行表面修飾。研究了主要刻蝕工藝參數(shù)對刻蝕速率及刻蝕形貌的影響。增加工作氣壓, 刻蝕速率先增大到最大值, 然后下降; 增加射頻功率可以提高刻蝕速率, 但功率過大會導致刻蝕產(chǎn)物發(fā)生二次沉積; 延長刻蝕時間可以增加刻蝕深度, 但時間過長會發(fā)生過刻蝕現(xiàn)象。在優(yōu)化的刻蝕工藝條件下制備出了較為理想的亞波長石英模板。經(jīng)表面修飾后, 模板表面與水的接觸角增大, 有效克服了壓印膠的粘連, 并在ZnS 襯底上壓印出了良好的二維亞波長結(jié)構(gòu)圖形。

　　二維亞波長結(jié)構(gòu)是指特征尺寸與入射光波長相當或比入射光波長更小的周期性表面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)抗反射薄膜相比, 二維亞波長結(jié)構(gòu)表面具有很好的抗反射效果, 并且不存在與襯底間的界面結(jié)合、熱膨脹系數(shù)適配及折射率匹配等問題, 此外還具有抗輻射、寬視角、寬波段透射等優(yōu)點。因此, 抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面的制備及應(yīng)用得到了廣泛的研究。

　　Kart ika 等以鎳納米顆粒為掩模, 用電感耦合等離子體刻蝕在氮化硅表面制備了二維亞波長結(jié)構(gòu); Leem 等采用激光干涉光刻和反應(yīng)離子刻蝕在玻璃襯底上制備出摻鋁氧化鋅( AZO) 亞波長結(jié)構(gòu);李以貴等采用X 光光刻和顯影技術(shù)制備了高深寬比的聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 抗反射結(jié)構(gòu); Sun等采用SiO2 納米顆粒為掩模, 在硅表面制備了寬波段抗反射蛾眼結(jié)構(gòu); 本課題組徐啟遠等采用紫外光刻和反應(yīng)離子刻蝕在ZnS 表面制備了8~ 12 um波段范圍內(nèi)增透的二維亞波長結(jié)構(gòu)。但這些制備方法成本較高, 并且不適用于在大面積襯底上制備亞波長結(jié)構(gòu)。納米壓印( NIL) 技術(shù)可以大批量重復性地在大面積襯底上制備微納米結(jié)構(gòu)圖形, 并且所制出的高分辨率圖案具有相當好的均勻性和重復性,與極端紫外線光刻, X 射線光刻和電子束光刻等工藝相比,NIL 技術(shù)具有很強競爭力和廣闊的應(yīng)用前景, 因此可被用來制備抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面。自從Chou 等發(fā)明NIL 以來, NIL 受得了廣泛的關(guān)注, 其中高質(zhì)量的壓印模板的制備是NIL 技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。

　　本論文針對所設(shè)計的ZnS 紅外窗口的二維亞波長結(jié)構(gòu)抗反射表面, 采用傳統(tǒng)的紫外掩模光刻技術(shù)及反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在雙面拋光的石英襯底上制備紅外抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面的壓印模板, 并對模板進行表面修飾, 最后在ZnS 襯底上壓印了二維亞波長結(jié)構(gòu)。

結(jié)論

　　針對ZnS 窗口的抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面,采用傳統(tǒng)光刻和RIE 技術(shù)在石英襯底上制備了紫外壓印模板, 并進行了表面修飾, 研究了主要刻蝕工藝參數(shù)對石英亞波長結(jié)構(gòu)的刻蝕速率影響。研究結(jié)果表明, 刻蝕速率隨著工作氣壓強的增加先增大后減小, 隨著射頻功率的增大呈線性增大; 刻蝕深度隨刻蝕時間的增加而增加, 最后趨于穩(wěn)定。但功率過大會導致刻蝕產(chǎn)物發(fā)生二次沉積; 刻蝕時間過長, 會發(fā)生過刻蝕現(xiàn)象。在優(yōu)化的工藝條件下, 在石英襯底上制備出圖案清晰、表面光滑, 均勻性好、保真性高的亞波長結(jié)構(gòu)。經(jīng)表面修飾后, 模板與水的表面接觸角顯著增大; 初步的壓印試驗表明, 表面修飾有效降低了模板與壓印膠層之間的相互作用, 克服了粘連現(xiàn)象, 并在ZnS 襯底上壓印出了良好的亞波長結(jié)構(gòu)圖形。