[发明专利]制备纳米结构化表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备各向异性纳米结构化表面的连续方法。

背景技术

对制品表面进行定制从而产生纳米结构已成为热点研究课题。当结构化表面的特征尺寸显著小于光的波长(即“亚波长”)时，可实现有价值的光学效应，包括例如界面反射和光提取最小化。

然而，用于产生亚波长表面结构的已知方法往往为复杂而又昂贵的间歇工艺。例如，在美国专利申请公开No.2005/0233083中所公开的方法涉及在低于0.5毫托的真空条件下用Ar/O₂等离子体轰击聚合物表面。这种对极端真空条件的要求限制了所述方法的商业可行性。美国专利No.4,374,158描述了用于形成亚波长表面结构的气体活化法。此间歇工艺采用等离子灰化机在含氧的气体环境下各向同性地蚀刻样品。所得的各向同性蚀刻表面需要附加的涂层来提供耐久性。

发明内容

根据上面所述，我们认识到需要可供选择的方法来提供亚波长表面，以减少表面反射。此外，我们还认识到这样的方法需要相对简单和低成本，以便在商业上可行。

简而言之，在一个方面，本发明提供了制备纳米结构化表面的连续方法。该方法包括：(a)在真空容器中，将包括纳米级掩模的基底放置在圆柱形电极上；(b)在预定的压力下向容器中引入蚀刻气体；(c)在圆柱形电极和反电极之间产生等离子体；(d)旋转圆柱形电极，从而平移基底；以及(e)各向异性地蚀刻基底的表面，以在表面上提供各向异性纳米级特征。

如本文所用，“纳米级”是指亚微米(例如，在约1nm和约500nm之间)；“纳米结构化的”是指具有一个纳米级的维度；“各向异性的”是指高度与宽度(即，平均宽度)的比率为约1.5∶1或更大(优选地，为2∶1或更大；更优选地，为5∶1或更大)；“等离子体”是指包含电子、离子、中性分子和自由基的部分电离的气态或液态物质。

与包含相同材料的非结构化表面相比，通过本发明方法制备的纳米结构化表面表现出反射率的明显降低。此外，所述纳米结构化制品可以是耐用的并具有耐刮擦性。

本发明的方法可在适度的真空条件(例如，在约5毫托和约10毫托之间)下进行，并且能够按照卷对卷(即，连续的)工艺进行。因此，本发明满足了本领域对相对简单和低成本的抗反射(AR)表面制备方法的需求。

附图说明

图1为本发明中可用的涂覆设备的第一局部透视图。

图2为从不同有利位置获取的图1设备的第二局部透视图。

图3为从其含气室移除的涂覆设备的另一个实施例的局部透视图。

图4为从不同有利位置获取的图3设备的第二透视图。

图5为本发明的各向异性纳米结构化制品的扫描电镜照片。

图6为本发明的另一个各向异性纳米结构制品的扫描电镜照片。

具体实施方式

使用称为圆柱形反应离子蚀刻(圆柱形RIE)的连续卷对卷工艺来实施本发明的方法。圆柱形RIE利用旋转的圆柱形电极在基底或制品的表面上提供各向异性的蚀刻纳米结构。

通常，可如下描述圆柱形RIE。在真空容器内部提供由射频(RF)供电的旋转式圆柱形电极(“桶电极”)以及接地的反电极。反电极可包括真空容器本身。将包含蚀刻剂的气体送入真空容器，在桶电极和接地反电极之间激发并维持等离子体。选择条件，使得充足的离子轰击垂直导向到桶的圆周。然后可将包括纳米级掩模的连续基底围绕桶的圆周卷绕，并且可沿垂直于制品平面的方向对基质进行蚀刻。可控制制品的暴露时间，以使所得的纳米结构获得预定的蚀刻深度。可在约10毫托的操作压力下进行所述工艺。

图1和图2示出了可用于本发明方法的圆柱形RIE设备。附图标记10总体标示了用于等离子体产生和离子加速的一般元件。该RIE设备10包括：支承结构12；壳体14，其包括一个或多个门18的前面板16、侧壁20和背板22，它们在其中限定了被分成一个或多个隔室的内室24；桶26，其可旋转地固定在内室中；多个卷轴机构，它们可旋转地固定在内室中并统称为28；驱动机构37，其用于可旋转地驱动桶26；惰辊32，其可旋转地固定在内室中；以及真空泵34，其与内室流体连通。