[发明专利]一种高激光损伤阈值金刚石镜片及其制备方法

权利要求书

1.一种高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜；

利用有限元方法设计微柱状结构阵列，所述微柱状结构阵列使所述高激光损伤阈值金刚石镜片满足所需光学效果；

在所述单晶金刚石薄膜上镀制一层金属膜；

在所述金属膜表面旋涂电子束抗蚀剂，将所述微柱状结构阵列的顶面轮廓图案光刻到所述金属膜上，利用显影液进行显影；

对所述金属膜表面进行垂直刻蚀，在所述单晶金刚石衬底上形成多个间隔设置的圆柱状的微结构，然后去除所述电子束抗蚀剂；

对所述单晶金刚石衬底进行倾斜旋转刻蚀，将所述圆柱状的微结构刻蚀为上下两端大中部小的所述微柱状结构；

去除所述微柱状结构上的金属膜；

所述微柱状结构阵列包括多个微柱状结构，所述微柱状结构由两个圆锥状结构组合而成，呈上下两端大中部小的形状，两个所述圆锥状结构的轴垂直于所述单晶金刚石衬底，两个所述圆锥状结构的顶点端相对且交汇，两个所述圆锥状结构的圆形底面与所述单晶金刚石衬底平行；

所述微柱状结构的最大端面的直径与相邻两个所述微柱状结构之间的间距距离的比例范围在1：4~1：1.8之间。

2.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述在单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜的过程，包括以下步骤：

采用等离子体增强方法在所述单晶金刚石衬底上沉积一层单晶金刚石薄膜，所用甲烷/氢气流量比例为1%~10%，总气压为50~300 torr，衬底加热温度为700~1500℃。

3.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述在所述单晶金刚石薄膜上镀制一层金属膜的过程，包括以下步骤：

利用直流磁控溅射方法在所述单晶金刚石薄膜上镀制一层所述金属膜，本底真空度为1.5×10^-4Pa-4×10^-4Pa，工作气体为氩气，靶材为铌靶，溅射电压200-350V，溅射电流0.2-0.35A，所述金属膜厚度为50-300nm。

4.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述在所述金属膜表面旋涂电子束抗蚀剂的过程中，所述电子束抗蚀剂为氢倍半硅氧烷，滴胶速度为50-300/rpm，匀胶转速为1000-5000/rpm；

所述光刻的过程中，采用电子束进行光刻，所述电子束的能量为50-200keV；

所述显影液为质量浓度为10%-40%的四甲基氢氧化铵溶液。

5.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述垂直刻蚀的过程中，采用反应离子束进行刻蚀，所述反应离子束的束电压为100-500V，加速电压为10-80V，束电流为20-200mA，使用氧气作为刻蚀反应气体；

所述去除所述电子束抗蚀剂的过程中，使用质量浓度为3-10%的氢氟酸去除所述电子束抗蚀剂，处理时间为15-30分钟。

6.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述倾斜旋转刻蚀的过程中，采用反应离子束进行刻蚀，所述反应离子束的束电压为100-500V，加速电压为10-80V，束电流为20-200mA，使用氧气作为刻蚀反应气体，样品台平面与离子源的夹角为40-85°，样品台旋转速度为1-5 rpm。

7.根据权利要求1所述的高激光损伤阈值金刚石镜片的制备方法，其特征在于，所述去除所述微柱状结构上的金属膜的过程，包括以下步骤：

利用化学缓蚀剂对所述微柱状结构上的金属膜进行刻蚀，刻蚀处理时间为15-30分钟；依次用去离子水、有机溶剂清洗表面残留物质；用去离子水进行超声清洗；

所述化学缓蚀剂为质量浓度为50-85%的磷酸、质量浓度为10-50%的氢氟酸及质量浓度为30-70%的硝酸的混合溶液，所述磷酸、所述氢氟酸及所述硝酸的混合质量比为1:1:1。