[发明专利]微米/亚微米金属环和开口金属环的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维有序微米/亚微米金属环和由微米/亚微米开口金属环二维有序阵列而形成的人工磁性特异材料的制备方法。

背景技术

二维有序微米/亚微米金属环和开口金属环制备技术是一项具有重要应用背景的技术。由于微米/亚微米金属环可调的等离激元共振，微米/亚微米开口金属环的磁响应等新颖的电磁性质，微米/亚微米金属环和开口环在光学器件、高密度存储、负折射材料等领域具有潜在的应用。目前制备微米/亚微米金属环和开口环的方法主要有光刻、电子束或离子束刻蚀、聚焦离子束直写、微接触印刷等，大多需要设备复杂的微加工技术，耗时长且成本高。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种工艺简单、成本较低的参数可调的微米/亚微米金属环和开口金属环的制备方法。

技术方案：本发明所述的微米/亚微米金属环的制备方法，包括以下步骤：

1、通过自组织技术在硅衬底上排列微米/亚微米二氧化硅(SiO₂)微球，获得高度有序的二维胶体晶体；然后在略高于SiO₂软化温度的环境下进行高温退火，使得微球与硅衬底之间形成牢固连接；将退火过的样品放在氢氟酸(HF)蒸汽中进行适当的化学腐蚀，并进一步经过二次高温退火，形成非密堆积的半球形SiO₂二维有序结构。其中自组织技术属于公知技术，本专利可采用本专利申请人在先一项专利号为ZL031319890所公开的技术。

2、将含有聚合物的氯仿溶液填充到以硅片为衬底的SiO₂半球点阵的间隙中，控制填充溶液的浓度和体积使得到的聚合物膜厚低于SiO₂微球高度，生成聚合物/SiO₂的复合膜。

3、将上述有机/无机复合介质膜置于HF蒸汽中，进行二次腐蚀，部分去除SiO₂微球，使得聚合物与二氧化硅颗粒之间出现环形的空隙，得到多孔的聚合物/SiO₂复合模板。

4、在环形孔的聚合物/SiO₂复合介质模板表面进行金属溅射，然后通过化学方法溶解去除聚合物/SiO₂复合模板，即得到二维有序微米/亚微米金属环阵列结构。

在上述技术方案中，如果在实施步骤(4)之前，将样品在酒精溶液中浸沾后提出，利用液流辅助作用使聚合物薄膜发生微移，从而使得原先对称的环形孔隙变为偏心环形孔隙；在具有偏心环形孔隙的聚合物/SiO₂复合介质模板表面进行金属溅射，然后通过化学方法溶解去除聚合物/SiO₂复合模板后，即得到由微米/亚微米开口金属环形成的二维有序的人工磁性特异材料。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下突出优点：

1、结构参数可以控制，金属环和开口环的内外径和厚度可调，周期可控。两次化学腐蚀的时间可分别调控金属环和开口环的外径、内径；溅射金属的厚度决定金属环和开口环的厚度；最初的二维胶体晶体的周期决定了金属环和开口环的周期。

2、金属环和开口环的单分散性好，通过金属溅射得到的金属环和开口环厚度均匀，界面清晰。

3、利用金属溅射，可以选择的金属种类较多。所选的金属只需耐HF溶液以及甲苯、丙酮的混合溶液的腐蚀均可。

4、工艺简单，对设备要求不高，费用低廉。

附图说明

图1是制备过程的示意图，其中A)退火；B)化学腐蚀；C)退火；D)填充聚合物聚苯乙烯(PS)；E)部分腐蚀SiO₂；F)部分腐蚀SiO₂，浸入乙醇并缓慢拉出；G)溅射金属并去除模板。

图2是制备过程中主要步骤的扫描电镜图，其中(A)非密堆SiO₂；(B)非密堆半球形SiO₂；(C)PS/SiO₂环形多孔模板；(D)PS/SiO₂开口环形多孔模板。

图3是制备的金属环和开口环的扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1：所选微米/亚微米二氧化硅微球直径为1550nm(200nm～10μm之间均可)，所填充聚合物为聚苯乙烯(PS)(或其它有机聚合物)，溅射金属材料为金。二维有序微米/亚微米金环制备方法是：