[发明专利]一种增强纳米狭缝透射效率的微纳结构

说明书

技术领域

本专利涉及纳米光刻、超高密度数据存储、近场光学等领域，特别是一种1000纳米波长的增强纳米狭缝透射效率(注：狭缝透射效率η定义为透过狭缝的沿狭缝方向的总能量T与狭缝相同面积的入射光能量T₀之比，即η＝T/T₀)的微纳结构装置。

背景技术

目前，人类正处于信息时代，信息总量正在迅速增加，这对信息的存储、信息的处理提出了更高的要求。面对如此巨大的信息量，要求存储器件更小、存储量更大、处理速度更快。增强纳米狭缝透射效率的金属微结构装置是未来纳米光刻、超高密度数据存储、近场光学等技术领域的关键元件，该结构可以极大地提高入射光的透射效率，将在未来的信息技术革新中起到重要的作用。

在纳米狭缝增透的应用中，通常要求透射效率高、结构简单、易加工。普通的纳米狭缝入射光很难透过狭缝传输，透射效率极低，无法满足纳米光刻、高密度数据存储等的应用要求。1998年Ebbesen等人【在先技术1：Ebbesen TW et al.，1998Nature 391667】通过实验发现透过金属膜表面的纳米孔具有透射增强现象，2002年该小组【在先技术2：Lezec HJ et al.，Science 2002 297 820】又发现透过金属膜表面的纳米狭缝同样也存在透射增强现象。研究表明，金属纳米孔和纳米狭缝的透射增强现象是由入射光光子与金属表面的一种表面等离子体相互耦合，产生表面等离子体激元的混合激发态，并形成表面等离子体共振【在先技术1】及法-泊腔共振【在先技术3：Takakure Y，2001Phys.Rev.Lett.865601】引起的。

利用TM偏振光入射到周期金属结构表面激发表面等离子体，将入射光耦合到金属周期结构与金属膜之间的介质隔层中，并通过调节金属膜厚度使狭缝满足法-泊腔共振，可以极大地提高纳米狭缝的透射效率。增强纳米狭缝透射效率的金属微结构是制作纳米狭缝增透的理想装置，具有重要的应用前景。随着微加工技术的不断进步，目前已可制作尺度小于50纳米、加工精度小于±5纳米的金属微纳结构。对金属微纳结构电磁特性的计算分析必须采用矢量电磁理论，矢量电磁理论是基于麦克斯韦方程在相应边界条件下，通过计算机仿真进行精确地求解。Moharam等人已给出了基于矢量电磁理论的严格耦合波算法【在先技术4：Moharam MGet al.，1995 J.Opt.Soc.Am.A 12 1077】，可以解决这类金属微纳结构的电磁场问题。金属微纳结构是利用纳米压印、反应离子辅助刻蚀、物理溅射技术、聚焦离子束和电子束曝光等技术，在基底上加工出微纳尺度的金属微结构。Janssen OTA等人已给出了单金属的纳米狭缝增透结构【在先技术5：Janssen OTA et al.，Phys.Rev.Lett.200799043902】，但透射效率较低(η＝94)。Cui YX等人【在先技术6：Cui YX et al.，J.Opt.Soc.Am.B 2009262131】还给出了纳米腔天线阵列的金属纳米狭缝增透结构，但没有将金属条周期与表面等离子体波长相匹配，狭缝不能达到最大的透射效率，且金属条为悬空结构，加工难度大。据我们所知，目前没有人针对1000纳米波段给出金属条周期与表面等离子体波长匹配的增强纳米狭缝透射效率的金属/介质多层复合结构。因此能够实现易加工的、具有高透射效率的纳米狭缝微纳结构，具有重要的实用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的增强纳米狭缝透射效率的微纳结构装置，该装置可以增强TM偏振光在纳米狭缝中的透射效率，在-0.6°＜θ＜0.6°的入射角及990＜λ＜1028纳米的入射光波长范围内，透射衍射率均高于150倍。本发明的增强纳米狭缝透射效率的微纳结构具有透射效率高、易加工的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于增强纳米狭缝透射效率的微纳结构，其特征在于该结构的金属膜厚度为225-275纳米、介质隔层厚度为130-240纳米、金属条周期为665-685纳米。

所述的增强纳米狭缝透射效率的微纳结构的金属膜厚度为250纳米、狭缝宽为50纳米、介质隔层厚度为190纳米、狭缝正上端金属条宽为550纳米、金属条周期为675纳米、金属条槽宽200纳米、金属条厚度为90纳米，金属条周期数N＝12。

本发明的依据如下：