[发明专利]在单一衬底上包括多个纳米结构梯度的纳米结构化衬底的制造

说明书

本发明涉及一种制造纳米结构化衬底的方法，所述纳米结构化衬底包括由突出式纳米结构、尤其是纳米柱所组成的阵列，所述方法至少包括下述步骤：a)提供初级衬底；b)在所述初级衬底上沉积至少一个层，所述至少一个层由能够借助于反应离子蚀刻(RIE)去除的材料形成，所述层包括预定的厚度梯度；c)在步骤b)中所沉积的梯度化层上沉积纳米结构化蚀刻掩模；d)借助于反应离子蚀刻(RIE)在步骤b)中所沉积的梯度化层中形成突出式结构、尤其是纳米柱，其中，在同一衬底上同时形成所述突出式结构的几何参数的至少2个、优选为3个预定的连续梯度。更特别地，所述几何参数选自以下组，该组包括所述突出式结构的高度、直径和间距。本发明的另一方面涉及一种纳米结构化衬底，所述纳米结构化衬底包括能够通过上述方法获得的突出式纳米结构的阵列。在所述突出式纳米结构中的一优选的实施例中，每个突出式纳米结构同时代表所述突出式纳米结构的高度、直径和间距的3个连续梯度的元素。

技术领域

本发明涉及一种制造纳米结构化衬底的方法、一种纳米结构化衬底、一种装置、以及所述纳米结构化衬底或装置的应用。

背景技术

用于例如借助于电子束光刻或各种蚀刻技术在各种衬底表面上形成纳米结构的多种方法已经在现有技术中被知晓。这种纳米结构可以例如用于固定目标集团、比如生物分子或用于在相应的衬底上提供抗反射涂层。

通常而言，抗反射涂层由多种类型的薄层制成。然而，这些抗反射层仅仅在限定的波长范围内有效、通常仅仅允许入射角的轻微变化并且非常难于调整至要求的透射规格或反射规格。蛾眼(moth-eye)状纳米结构(MOES)呈现几乎独立于波长的高透射率与非常低的反射率的结合并可以解决这些问题中的许多问题(Morhard，C.，Nanolithographie，1-149(2010)；Brunner等人，Applied Optics 52，4370-4376(2012))。

尽管MOES在宽的波长范围上非常有效，但是MOES结构的一个特征性特点是在特定的波长下具有局部的超低的反射最小值(Ma等人，Optica Acta：Optics的国际期刊30，1685-1695(2010))。这些局部最小值是所谓的“Fabry-Pérot效应”的物理结果，其中，光的多次反射之间的相长和相消干涉形成具有超低反射率的特征干涉图案。这种局部反射最小值处的波长由此决定于柱的几何特征(高度、间距、形状)。因而，这种局部Fabry-Pérot反射最小值在光学系统中的使用局限于每种柱几何特征对应于一个波长。

为了制造具有不同的柱几何特征的衬底，通常使用BCML与RIE蚀刻的组合(参见WO2012048870A3、EP2295617和EP1244938以获取更多的细节)。

利用与例如无电镀沉积和浸涂设备结合的BCML技术，可以制造大小和距离变化的金斑(gold-dot)图案。然而，这些方法在不引入附加的复杂掩模过程和蚀刻过程的情况下不允许在单一衬底上独立地且同时地控制并形成柱几何特征的一个以上参数(B.等人，Nanotechnology，26(11)，1–7，(2015))。而且利用等人的方法还不能获得连续梯度。

为了改变Fabry-Pérot最小值的位置，由此不得不将蛾眼衬底或滤光器更换成被不同的柱几何特征覆盖的衬底。这种更换过程是非常复杂的且可能导致光学路径的再对准、传感器对准、不同滤光器之间的可比性等方面的多种问题。

由此，本发明的目的在于提供单一的纳米结构化衬底、尤其是蛾眼衬底，这种衬底呈现所述纳米结构、尤其是抗反射纳米结构的特征几何参数的多种梯度，本发明的目的还在于提供用于制备所述衬底的方法，这种方法克服了现有技术中的上述缺点。

发明内容

根据本发明的用于制造包括由突出式纳米结构、尤其是纳米柱所组成的阵列的纳米结构化衬底的方法至少包括以下步骤：

a)提供初级衬底；

b)在所述初级衬底上沉积由能够借助于反应离子蚀刻(RIE)去除的材料所组成的至少一个层，所述层的厚度包括预定的梯度；