[发明专利]一种二氧化钛光栅的制备方法及其二氧化钛光栅

说明书

本发明提供了一种二氧化钛光栅的制备方法及其二氧化钛光栅，涉及光电器件制备方法的技术领域；该制备方法包括：提供基板和具有二氧化钛光栅图案的母版；依次在基板上形成二氧化钛膜层和压印胶层；利用压印、刻蚀工艺将所述母版上的图案转移到二氧化钛膜层上，形成二氧化钛光栅；其中，二氧化钛膜层和压印胶层上均不设置其他刻蚀阻挡层；二氧化钛光栅的纵宽比为1/6~1/2。本申请提供的二氧化钛光栅的制备方法可获得侧壁倾斜角接近90°的二氧化钛光栅结构，且制备过程中无需在二氧化钛膜层上增加除压印胶层以外的其他顶层材料，简化了二氧化钛光栅生产工艺，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及光电器件制备方法的技术领域，尤其是涉及一种二氧化钛光栅的制备方法及其二氧化钛光栅。

背景技术

随着近年来虚拟现实的兴起，其背后的技术——衍射光波导逐渐成为研发热点。为使光机产生的虚象被光波导传递到人眼，需要有光耦合入和光耦合出波导的过程，而传统毫米级别以上的光学结构需多组的透镜进行光学成像复合得到微型化的光学结构，而实现这一过程的难度极大，因此需要更微型化的光学结构。衍射光栅的出现将传统的光学结构从毫米级别扩展到微纳级别、从“立体”转向了“平面”，且衍射光栅是在玻璃基底平面上镀一层薄膜后再加工，无需像传统几何光波导的光学结构一样需要经过玻璃切片、多层膜和粘合等工艺，提高了衍射光波导的量产性和良品率。

为了达到良好的成像效果，衍射光波导还要求衍射光栅具有良好的出光均匀性，而衍射光栅的出光均匀性与光栅的设计参数（例如占空比、光栅形状、光栅材料）相关，因此通过改变光栅的设计参数即可实现对光栅出光均匀性的调控。在光栅材料中，二氧化钛（TiO₂）由于其具有良好的电学和光学特性，且其带隙能量在可见光波长范围内恰好略高于单光子能量的2倍，使得双光子吸收较弱，并且价格便宜，常被选为研究光波导的最佳材料；而随着微纳技术的出现，制备TiO₂微纳结构的二维柱状光栅、倾斜光栅和三角形的闪耀光栅成为可能。此外，对于TiO₂柱状光栅而言，TiO₂微纳结构的侧壁倾角理想值为90°，且通常不能低于75°，这是因为TiO₂微纳结构的侧壁倾角小于75°度不仅会影响光的效率，还会使相邻单元的光发生相干，降低了光波导衍射光耦合入的效果。因此，倾角不低于75°的TiO₂光栅目前成为了一种可以满足衍射光波导所需的微纳光栅结构，具有较好的研发和应用前景。

目前TiO₂光栅结构的制备主要通过TiO₂结合微纳工艺干法刻蚀得到，且由于TiO₂刻蚀难度较高，刻蚀过程中需要借助金属掩膜等顶层材料，如在二氧化钛膜层上沉积一层金属层作为掩模材料，通过控制刻蚀工艺中对金属层和二氧化钛刻蚀速率的差异最终获得理想的TiO2光栅结构。如专利CN113097343A中提到的二氧化钛刻蚀工艺:在二氧化钛膜上沉积一层金属层，在金属层上面旋涂一层压印胶，采用纳米压印方法在压印胶上表面得到微纳结构图案。先对压印胶和金属层进行刻蚀，再对金属层和二氧化钛薄膜进行刻蚀，得到呈微纳结构图案的二氧化钛；再如专利CN110347014A公布的一种制备高纵宽比二氧化钛的垂直刻蚀工艺提到：在ITO玻璃上镀二氧化钛，在二氧化钛上旋涂一层光刻胶，在光刻胶上镀一层金属掩模，通过对二氧化钛和金属掩模采用不同的刻蚀速率达到垂直刻蚀。制备金属掩膜层的过程涉及多步工艺，如金属层淀积、光刻胶曝光、显影、定影、金属层刻蚀等，因此使TiO₂光栅制备工艺复杂化，提升了生产成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种二氧化钛光栅的制备方法，通过压印、刻蚀等工艺即可制备侧壁倾斜角接近90°的二氧化钛光栅结构，利用压印胶作为刻蚀掩膜材料，无需在二氧化钛膜层上增加其他金属层等顶层材料，简化了二氧化钛光栅生产工艺，降低了生产成本。

本申请再一目的在于提供一种二氧化钛光栅。

基于上述技术问题，本申请提供了一种二氧化钛光栅的制备方法，包括：