[发明专利]一种利用AAO模板制作光波段人工复合结构材料

说明书

技术领域

本发明涉及光波段人工复合结构材料的制作，尤其涉及一种利用AAO模板的在纳米尺度上的高度有序性，来制作光波段人工复合结构材料的方法。

技术背景

可见光波段表面等离子体人工复合结构材料主要利用表面等离子体激元(surface plasmonpolaritions，SPPs)效应，调制光场的幅度和相位的空间分布。通过改变金属表面的(亚波长)周期结构参数，可以调制SPPs与光场之间相互作用，从而实现对光传播的人工操控，光波段表面等离子体人工复合结构材料具有广阔的应用前景，例如，应用于制作各种SPPs元器件和回路、制作耦合器、调制器和开关、光学数据存储、新型光源、超分辨成像、SPPs纳米光刻以及生物传感等方面。

由于激发可见光波段SPPs的金属表面结构尺寸的周期远小于入射波波长(入射波的几分之一)，金属线宽一般为入射波长的几十分之一，即10～100nm范围。普通的光刻技术受光刻波长的限制无法制作亚微米尺度的结构图形，只能采用波长更短的、设备非常昂贵的电子束或聚焦离子束直写技术采用逐点加工方式来制作，由于电子束的聚焦光斑很小，以逐点加工方式制作掩模板的图形区域一般在亚毫米量级，在加工直径几十毫米的大面积图形区域时，周期很长，基本无法实现。此外，光波段表面等离子体人工复合结构材料一般由纳米量级的两层或多层金属结构以及层间填充介质组合而成，要求相邻两层金属结构之间能够实现精确对准，而目前实现纳米量级的对准精度仍然是一个世界性难题，短期内仍难以攻克。因此，目前光波段表面等离子体人工复合结构材料仅具有简单的单层、小面积的金属纳米结构图形。

阳极氧化铝(Anodie Aluminum Oxide，AAO)模板合成技术是近年来发展起来的纳米结构材料组装的最重要的技术之一。多孔氧化铝模板是一种阵列呈密排六角形分布的多孔阵列通道，通孔处理后的AAO模板两侧是精确对准的纳米网格结构；在不同工艺条件下，孔径可以在20～100nm左右范围内调控；AAO模板必须具有一定的机械强度以适应后续的各种加工工艺，因此传统的AAO模板厚度一般在10～60μm左右。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有微细加工设备制作的限制之处，提出一种利用AAO模板在纳米尺度上的高度有序性，制作特征尺寸在纳米量级、且双层金属结构精确对准的光波段表面等离子体人工复合结构材料的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用AAO模板制作光波段人工复合结构材料，其特征在于包括以下步骤：

(1)选择硅基片，并将其表面抛光；然后在其表面溅射沉积一层厚度在微米量级的高纯铝膜；

(2)在高纯铝膜表面采用电化学二步阳极氧化方法，制备出厚度＜1微米的多孔氧化铝模板；同时，通过调节电解溶液的种类、浓度、电压以及电解时间等工艺条件得到结构参数不同的单通道的纳米孔阵列AAO模板；

(3)采用侧向真空沉积技术在单通道的纳米孔阵列AAO模板上沉积一层厚度在10～30纳米的金属膜层；

(4)选择一块合适大小的光学材料基底，将纳米孔阵列AAO模板沉积有金属膜层的一面与光学材料基底表面连接在一起；

(5)去除硅基片；

(6)对背面的金属铝膜层和氧化铝阻挡层进行腐蚀，形成孔道阵列双通形式的AAO模板；

(7)采用侧向真空沉积技术，再次在AAO模板的另一侧沉积厚度10～30纳米的金属膜层，一种利用AAO模板制作的光波段人工复合结构材料制作完成。

所述步骤(2)中的电解溶液可以为草酸或硫酸。

所述步骤(3)中的金属膜层的材料可以是铜、或银、或金。

所述步骤(4)中所选择的光学材料基底可以是石英、或者光学玻璃材料。

所述步骤(4)中是通过采用键合技术或PMMA胶粘接将纳米孔阵列AAO模板与光学材料基底表面连接在一起。

所述步骤(5)中利用HF溶液湿法腐蚀或RIE干法刻蚀去除硅基片。

所述步骤(6)中对金属铝膜层所选择的腐蚀液为CuCl₂溶液或FeCl₃溶液，对氧化铝阻挡层所选择的腐蚀液为磷酸溶液。

所述步骤(6)中对金属铝膜层的腐蚀中，避免腐蚀液与步骤(3)所沉积的金属膜层相接触。

所述步骤(6)中对金属铝膜层的的腐蚀过程中，腐蚀时间一般控制在5分钟到10分钟。