[发明专利]一种用位图叠加制备二次微曲面结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳器件加工技术领域，是一种在聚焦电子/离子束双束系统中以位图叠加方式制备二次微曲面结构的方法。

背景技术

由于光信息技术对微型化、阵列化、集成化光学器件的需要，曲面微透镜及其阵列等表面结构为研究人员所广泛关注。微透镜及其阵列的制备已经开发出光敏玻璃法、全息法、光刻胶熔融法和激光刻蚀法等平面工艺。这些工艺能够实现结构器件的大批量制备，同时在一定程度上满足了当前的应用需求。但是，他们的缺点在于，结构形貌的控制并不能完全匹配相关曲面的函数描述。另外，很多工艺过程将结构制备在光刻胶、PDMS等聚合物上，对于需要直接在光学材料表面加工的场合并不适用。

随着技术发展，准确的函数描述微曲面在微纳光学器件中有重要应用。以新型单光子源中的金刚石氮空位色心(金刚石中氮取代与相邻空位缺陷组合而成的色心)为例，为了克服金刚石的高折射率导致的全反射现象，提高单光子收集利用效率，需要在金刚石表面以色心为球心定位加工具有理想形貌的半球结构，参见文献“Strongly enhanced photon collection from diamond defect centers under microfabricated integrated solid immersion lenses，Appl.Phys.Lett.97241901(2010)”。并且，计算表明，当半球结构周围是抛物面形状凹槽时，器件具有最好的工作效果。

位置确定，形貌理想的单个微曲面的加工还未见报道。因此，本专利提出一种制作工艺简单又能够制备理想二次微曲面的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作工艺简单又能够很好地刻蚀出理想二次微曲面结构的方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种在聚焦电子/离子束双束系统中用位图叠加制备二次微曲面结构的方法，该方法包括下列步骤：

步骤S1：对待加工样品的表面做预处理；

步骤S2：将待加工样品粘到聚焦电子/离子束双束系统的样品托上；

步骤S3：将粘好待加工样品的样品托固定到聚焦电子/离子束双束系统的样品架上，对样品腔室抽真空；在聚焦电子/离子束双束系统的电子束下将待加工样品表面需要加工二次微曲面结构的位置调整到聚焦电子束与离子束共轴的位置；

步骤S4：在合适的聚焦离子束系统成像放大倍数下，选择离子束加速电压与刻蚀束流大小，在待加工样品上需要进行二次微曲面结构加工的位置，按照设定刻蚀图形文件刻蚀加工二次微曲面结构。

与现有技术相比，本发明具有下列技术效果：

本发明能够在样品表面制备形貌理想的二次微曲面结构，本发明有很好的灵活性、制作工艺简单稳定，能够适用于多种二次微曲面或其组合结构的加工。

本发明能在确定的目标位置加工微曲面或其组合结构，并且所加工微曲面轮廓与设计匹配度高，刻蚀加工表面光滑细致。

本发明对于导电性差的样品需要在样品表面蒸镀导电金属层，并将样品表面以导电胶带连接到金属材质的样品托上，从而防止电荷积累影响加工的精确程度。

本发明按位图图组中刻蚀区域从大到小的顺序对样品进行刻蚀加工，能得到表面光滑的二次微曲面结构。

本发明能够广泛应用于多种材料表面二次微曲面结构的加工，进而实现相关的实用功能。

附图说明

图1示出本发明用位图叠加制备二次微曲面结构的方法的流程图；

图2中(a)～(b)示出了本发明方法的一个实施例在金刚石表面制备半球与倾斜侧壁组合结构的不同阶段的立体示意图；

图2中(c)～(d)为在金刚石表面制备半球与倾斜侧壁组合结构的不同阶段的侧视剖面示意图；

图3中(a)、(b)与图4示出了本发明一个实施例中在金刚石块材表面制备半球与倾斜侧壁组合结构的分层位图图组的设计方式；其中图3中(a)为侧视剖面示意图，图3中(b)与图4为俯视示意图；

图5示出了本发明一个实施例中在金刚石块材表面制备半球与倾斜侧壁组合结构叠加的位图图组示意图；

图6中(a)示出了本发明一个实施例中在金刚石块材表面制备半球与倾斜侧壁组合结构的电镜扫描图；图6中(b)示出了本发明一个实施例中金刚石块材表面半球与倾斜侧壁组合结构的过球心剖面电镜扫描图；图片已经过倾斜角度修正。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。