光学表面薄膜微结构制备与应用

摘要

薄膜微光学元件在传统微光学元件的基础上，进一步利用具有多层特征的薄膜微结构，在折射、反射和衍射的基础上引入了干涉效应，而且微观结构更加复杂多样，从而表现出新颖的光学特性，实现对光波特性的复杂调制。论文主要研究光学表面薄膜微结构的制备工艺，包括PECVD法制备单层、多层薄膜，单点金刚石技术制作母版，纳米压印技术进行软印章制备、图形化转移，等离子体刻蚀成型，使用等效介质理论和有限元分析法研究该结构的反射光谱特性。具体结论如下:
　　利用PECVD法在硅和硫化锌基底上沉积折射率为1.46的氧化硅薄膜，在薄膜沉积的最佳工艺条件下的沉积速率分别为:42.22nm/min、47.64nm/min。以此，研究了折射率为1.46的氧化硅薄膜隧着沉积厚度的增加，其稳定性变化情况:折射率无明显波动，其中在硅基底上薄膜应力无明显变化，但在硫化锌基底上薄膜应力明显增加。在硅基底上沉积折射率分别为1.5、1.6、1.7和1.8的氮氧化硅薄膜，得到薄膜沉积的最佳工艺条件。沉积了这四种折射率条件下的渐变折射率薄膜。沉积了折射率为1.8且厚度分别为100nm、200nm、500nm、900nm的氮氧化硅薄膜。
　　在单点金刚石技术制备了母版的基础上，利用纳米压印技术和等离子体刻蚀技术在镀有氧化硅、氮氧化硅的硅基底上制备以底面积10μm×10μm为周期、高5μ的金字塔结构，用扫描电镜测得结构的微观形貌清晰，周期为10.5μm×10.8μm、高为4.57μm。分析可得周期的相对误差是5％～8％、高度的相对误差是8.6％，分析了实验结果产生偏差的原因，为后续改进工艺，提高精度提供了依据。通过使用等效介质理论和有限元分析法对其光谱特性进行了分析，模拟单个金字塔微观结构，仿真得到其反射光场呈周期性分布，其周期随着波长的增大而增大。

目录

摘要

1．1 研究背景

1．2 光学表面薄膜微结构制备方法简介

1．3 薄膜微结构的研究现状

1．4 论文研究内容和论文结构

1．5 本章小结

2．1 单点金刚石技术

2．2 纳米压印技术

2．3 PECVD镀膜技术

2．4 ICP刻蚀技术

2．5 本章小结

3．二维薄膜微结构的制备与研究

3．1 PECVD法镀制具有稳定厚度的单层和多层薄膜

3．1．1 硅基底上镀制氧化硅、氮氧化硅和氮化硅薄膜

3．1．2 硫化锌基底上镀制氧化硅薄膜

3．1．3 PECVD镀制多层渐变折射率薄膜实验

3．2 薄膜上制作二维微结构

3．2．1 单点金刚石加工法制备薄膜微结构

3．2．2 纳米压印法制备薄膜微结构

3．2．3 在薄膜上刻蚀微结构

3．3 本章小结

4．金字塔型薄膜微结构的制备与研究

4．1 三维薄膜微结构的制备

4．1．1 单点金刚石技术制备金字塔结构模具

4．1．2 PDMS软膜的制作

4．1．4 刻蚀转移图形

4．1．5 结论与偏差分析

4．2 改进后三维薄膜微结构的制备

4．2．1 利用单点金刚石技术制作模具

4．2．2 纳米压印技术将微结构复制于压印胶上

4．2．3 等离子体刻蚀技术将图形转移至薄膜上

4．2．4 光学特性的检测及分析

4．2．5 理论分析

4．3 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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