[发明专利]基于硅纳米柱的结构色成像结构、测试系统及制备方法

说明书

本公开提供一种基于硅纳米柱的结构色成像结构、测试系统及制备方法，所述基于硅纳米柱的结构色成像结构，包括：衬底；以及多个硅‑铬圆柱纳米结构形成的硅‑铬圆柱纳米结构阵列，位于所述衬底上，用于呈现结构色，每个所述硅‑铬圆柱纳米结构包括：硅圆柱纳米结构，以及覆于其上表面的金属掩膜铬。其能够有效缓解现有技术中结构色成像结构的饱和度低、纯净度低以及效率低等技术问题。

技术领域

本公开涉及结构色超表面技术和成像设计技术领域，尤其涉及一种基于硅纳米柱的结构色成像结构、测试系统及制备方法。

背景技术

结构色又叫物理色，是一种由光的波长引发的光泽，主要依赖于几何结构的光学效应，使光波发生折射、漫反射、衍射或干涉而产生的各种颜色。根据面内的结构形式，结构色属于超表面中的一种具有横向亚波长的微细结构。

目前，基于米氏共振的全电介质结构色的研究得到了广泛的关注和快速的发展。由于结构的米氏共振波长依赖于固有的材料特性和结构几何形状，因此可以避免传统化学着色的缺点，绿色环保。特别的，高折射率纳米结构能够在可见波长范围内实现内部的光学结合，这允许米氏谐振器应用于亚波长分辨率的显色，提高分辨率。通过改变纳米结构的尺寸和周期等引起的结构色的变化就能简单的起到图像显色的作用。图像显色的基本结构单元是用硅制作的，因为相对于金属超表面来说，硅作为一种高折射率的电介质材料，在可见光范围内有着几乎可以忽略的损耗，硅纳米结构能够同时支持电偶极子和磁偶极子的米氏共振，能够很好地显示出饱和高亮的结构色。在硅上覆盖一层金属掩膜铬，有助于抑制光学装置中米氏共振的不许需要的相互作用，从而抑制不希望的颜色变化。通过调节纳米结构的一系列参数以此来实现更好的显示性能。

相比于传统的染料，结构色由于拥有高分辨率、高信息存储密度、高集成性以及不会褪色等优势而受到人们的重视。实际应用中，向颜色显示的过渡不可避免，但也非常必要。在过去的几年中，纳米结构已经能够实现非常艳丽、广色域的颜色，且空间分辨率大大提高。只要知道单个像素的颜色，就可以通过适当的排列结构来呈现任何图像。与其他显示相比，基于结构色的成像设计可以通过检测样本反射率和吸收率来分析识别成像，同时也可以通过肉眼所观察到的颜色对样本有初步的判断，不需要荧光标签或者其他标签，能够对样品进行原位、无损且无标记的显示。因此，基于这种超表面结构色的成像设计技术是绿色环保的，符合未来科技和社会发展的趋势和需要，然而由于材料的吸收和相对较低的反射，所生成的颜色通常非常有限并且不够纯净，存在饱和度低、色域范围小以及效率低等不足。因此，选择合适的材料和制造方法，设计出一种高效纯净且具有高饱和度的基于结构色的成像技术十分必要。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于硅纳米柱的结构色成像结构、测试系统及制备方法，以缓解现有技术中结构色成像结构的饱和度低、纯净度低以及效率低等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种基于硅纳米柱的结构色成像结构，包括：

衬底；以及多个硅-铬圆柱纳米结构形成的硅-铬圆柱纳米结构阵列，位于所述衬底上，用于呈现结构色，每个所述硅-铬圆柱纳米结构包括：硅圆柱纳米结构，以及覆于其上表面的金属掩膜铬。

在本公开实施例中，所述硅-铬圆柱纳米结构阵列呈周期排列，相邻所述硅-铬圆柱纳米结构的排列周期介于150纳米至400纳米之间。

在本公开实施例中，所述硅圆柱纳米结构的直径介于80纳米至200纳米之间。

在本公开实施例中，所述硅圆柱纳米结构的高度H₁介于100纳米至300纳米之间。

在本公开实施例中，相邻硅圆柱纳米结构之间的间隙G介于70纳米至200纳米之间。

在本公开实施例中，所述金属掩膜铬的厚度H₂为固定值50纳米。