CN102621602A - 一种双平面超分辨成像透镜的制备方法 - Google Patents

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赵泽宇
王长涛
刘凯鹏
冯沁
胡承刚
黄成�
杨磊磊
陶兴
张鸶懿
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Abstract

本发明提供一种双平面超分辨成像透镜的制备方法，其步骤为：在紫外透明的基片上制备亚微米级深度的平底凹槽，凹槽平行于基片表面的截面形状为圆形、正方形、正八边形或长方形；在基片上涂布一层银的前驱体溶液，银的前驱体溶液在表面张力的作用下会在凹槽位置形成弧面膜层，经加热或紫外光照射后前驱体溶液固化为银膜；然后在银膜层上涂布一层溶胶状介质，溶胶状介质在表面张力的作用下会在凹槽位置形成另一个弧面膜层，经加热后溶胶状介质固化为介质膜；依此类推，直到将凹槽填平，就得到了物面和像面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜。本发明该双平面缩放倍率超分辨成像透镜能够二维或一维的缩小光刻或放大成像。

Description

一种双平面超分辨成像透镜的制备方法
技术领域
本发明涉及透镜制备的技术领域，尤其涉及一种双平面超分辨成像透镜的制备方法，其为一种缩放倍率超分辨成像透镜制备方法，其通过在平底凹槽里交替涂布、固化银膜层和介质层来制备双平面缩放倍率超分辨成像透镜的方法。
背景技术
缩放倍率超分辨成像透镜利用表面等离子束逝波在金属/介质多层膜中垂直于金属/介质膜层界面方向传播的特性，将金属/介质膜层制备成曲面结构，使表面等离子束逝波按预定的路线弯曲传播，实现图像的放大或缩小。缩放倍率超分辨成像透镜可应用于超衍射成像、纳米光刻等方面，应用前景广阔。但该类型的缩放倍率超分辨成像透镜的物面和像面一般为曲面，这使其难以与投影光刻***结合起来，也不方便涂胶、显影等光刻工艺的进行。
中科院光电技术研究所的研究人员设计的由蒸镀的银膜和旋涂的介质层交替组成的一种平面缩放倍率超分辨成像透镜，可以将透镜的物面和相面均做成平面。该平面缩放倍率超分辨成像透镜中蒸镀的银膜在凹槽内各个位置的厚度相等，而旋涂的介质层在表面张力的作用下会在凹槽位置形成弧面，同一膜层在凹槽内各位置厚度不相等。因而，很难使相邻的银膜和介质层在凹槽内各位置的厚度都符合匹配条件。要提高平面缩放倍率超分辨成像透镜的成像质量，需要使每层银膜在凹槽内任意位置的厚度与相邻介质层在该位置的厚度保持在一定比例，以满足匹配条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有平面缩放倍率超分辨成像透镜制作的限制之处，提供双平面超分辨成像透镜的制备方法，该方法只需要使用常规的光刻、镀膜和涂胶技术，就可以制备得到物面和像面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜，在缩小光刻和放大成像方面拥有巨大的应用潜力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双平面超分辨成像透镜的制备方法，该方法的步骤如下：
步骤(1)在紫外透明的基片上制备亚微米级深度的平底凹槽，凹槽平行于基片表面的截面形状为圆形、正方形、正八边形或长方形；
步骤(2)在基片上旋涂一层银的前驱体溶液，前驱体溶液在表面张力的作用下会在凹槽位置形成弧面膜层，经加热或紫外光照射后前驱体溶液固化为银膜，所述银膜层的厚度为8nm至50nm；
步骤(3)采用旋涂的方法在沉积了一层银膜层的凹槽里涂布一层可固化的介质溶胶层，介质溶胶层在表面张力的作用下会在凹槽里形成弧面膜层，经加热处理后介质溶胶层固化为介质层；所述介质层固化后的厚度为8nm至50nm；
步骤(4)在所述凹槽里交替涂布、固化银膜层和涂布、固化介质层，得到银层和介质层交替组成的多层弧面膜层，直到将凹槽填平，即制备得到两面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜。
所述步骤(1)中基片材料为石英、玻璃、氮化硅、或聚酰亚胺，凹槽的直径或边长为400nm至2000nm，凹槽的深度为50nm至500nm。
所述步骤(2)中银膜的前驱体溶液可以为银纳米粒子的悬浮液，或硝酸银的水溶液，或硝酸银与有机溶剂的混合物。
所述步骤(3)中介质溶胶层的材料可以为SOG、PMMA或AR3170、AR7700等薄型光刻胶，每层介质层在凹槽内任意位置的厚度与相邻银膜层在该位置的厚度保持在一定比例范围内，比例为0.8-1.25。
所述步骤(4)中银层和介质层交替组成的多层弧面膜层的总层数为9至80层；根据消逝波垂直于银层表面传播的特性，利用多层弧面膜层的弧面结构可以实现光波的曲线传播，从而达到缩放倍率超分辨成像功能。
本发明与现有的方法相比的优点在于：
本发明可制备物面和像面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜，超分辨成像透镜的缩放倍率的范围为0.3-3；为缩放倍率超分辨成像透镜的制备提供了一种新颖、方便、高效的加工途径。
附图说明
图1-7为本发明方法的实现流程的分解示意图：
图1为本发明实施例1中，在石英衬底的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例1中，制备圆形凹槽后的石英衬底剖面结构示意图；
图3为本发明实施例1中，在基片表面旋涂银膜后石英衬底的剖面结构示意图；
图4为本发明实施例1中，在基片表面旋涂银膜后石英衬底的剖面结构示意图；
图5为本发明实施例1中，在基片表面旋涂PMMA后石英衬底的剖面结构示意图；
图6为本发明实施例1中，在基片表面制备多层银层和PMMA层后石英衬底的剖面结构示意图；
图7为本发明实施例1中，交替涂布、固化银膜层和涂布介质层，直到将凹槽填平，得到的两面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜的剖面结构示意图；
图中：1代表衬底材料石英；2代表银的前驱体溶液；3代表银膜；4代表PMMA。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对领域的技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
实施例1，制作双平面缩放倍率超分辨成像透镜，其具体制作过程如下：
(1)在如图1所示的平整洁净的石英基片上制备1个圆形凹槽：如图2所示，圆形凹槽的底面与基片表面平行，圆形凹槽上底的直径为800nm、下底的直径为600nm、深度为200nm。
(2)如图3所示，在基片上用旋涂一层银浓度为0.3g/ml的银纳米粒子的乙醇分散液，160℃烘干后去除乙醇后银纳米粒子结合成银膜层，其中在圆形凹槽内的银膜层的厚度为15-30纳米。第一层银膜层在凹槽中的厚度分布规律是：凹槽中心区域薄，凹槽边缘区域厚。
(3)如图4所示，采用旋涂的方法在基片上涂布一层PMMA，PMMA层在表面张力的作用下会在凹槽里形成弧面，经加热后PMMA固化；凹槽中PMMA膜层的厚度为20-30纳米。
(4)如图5、6、7所示，在凹槽里交替制备11层银膜层和涂布、固化10层PMMA层，将凹槽填平，就可以得到由银/PMMA多层弧面膜层组成的两面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜。
实施例2，制作双平面缩放倍率超分辨成像透镜，其具体制作过程如下：
(1)在如图1所示的平整洁净的石英基片上制备1个正方形凹槽，凹槽的底面与基片表面平行，凹槽上底的边长为1500nm、下底的直径为1000nm、深度为400nm。
(2)在基片上用旋涂一层浓度为2g/ml的AgNO3水溶液，然后以80℃进行后烘蒸发掉AgNO3水溶液里的水分，对基片进行紫外光照使AgNO3分解成银膜层，其中在正方形凹槽内的银膜层的厚度为10-20纳米。第一层银膜层在凹槽中的厚度分布规律是：凹槽中心区域薄，凹槽边缘区域厚。
(3)采用旋涂的方法在基片上涂布一层SOG，SOG层在表面张力的作用下会在凹槽里形成弧面，经加热后SOG固化并反应生成SiO2膜层；凹槽中SiO2膜层的厚度为10-20纳米。
(4)在凹槽里交替制备29层银膜层和涂布、固化28层SiO2膜层，将凹槽填平，就可以得到由银/SiO2多层弧面膜层组成的两面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜。
本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

Claims (6)

1.一种双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤(1)在紫外透明的基片上制备亚微米级深度的平底凹槽，凹槽平行于基片表面的截面形状为圆形、正方形、正八边形或长方形；
步骤(2)在基片上旋涂一层银的前驱体溶液，前驱体溶液在表面张力的作用下会在凹槽位置形成弧面膜层，经加热或紫外光照射后前驱体溶液固化为银膜，所述银膜层的厚度为8nm至50nm；
步骤(3)采用旋涂的方法在沉积了一层银膜层的凹槽里涂布一层可固化的介质溶胶层，介质溶胶层在表面张力的作用下会在凹槽里形成弧面膜层，经加热处理后介质溶胶层固化为介质层；所述介质层固化后的厚度为8nm至50nm；
步骤(4)在所述凹槽里交替涂布、固化银膜层和涂布、固化介质层，得到银层和介质层交替组成的多层弧面膜层，直到将凹槽填平，即制备得到两面均为平面的缩放倍率超分辨成像透镜；根据消逝波垂直于银层表面传播的特性，利用多层弧面膜层的弧面结构可以实现光波的曲线传播，达到缩放倍率超分辨成像功能。
2.根据权利要求1所述的双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中基片的材料为石英、玻璃、氮化硅或聚酰亚胺。
3.根据权利要求1所述的双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中凹槽的直径或边长为400nm至2000nm，凹槽的深度为50nm至500nm。
4.根据权利要求1所述的双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中银膜的前驱体溶液可以为银纳米粒子的悬浮液，或硝酸银的水溶液，或硝酸银与有机溶剂的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中介质溶胶层的材料可以为SOG、PMMA或ARP3170、ARN7520等光刻胶，每层介质层在凹槽内任意位置的厚度与相邻银膜层在该位置的厚度保持在一定比例范围内，比例为0.8-1.25。
6.根据权利要求1所述的双平面超分辨成像透镜的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中银层和介质层交替组成的多层弧面膜层的层数为5至80层。
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