[发明专利]基于PDMS的纳米级光栅制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光栅制作技术领域，具体为一种基于PDMS的纳米级光栅制作方法。

背景技术

光栅作为一种非常重要的分光元件，被广泛应用于集成光路、光通信、光学互连、光信息处理、光学测量等领域中。目前，光栅的应用多集中在纳米尺度，所以纳米级光栅的制作变得十分的重要，制作纳米级光栅的方法也是多种多样。

激光全息光刻技术是一种基于相干光干涉效应的无掩模版光刻技术，在这种技术中，使用多束激光在晶片表面发生干涉效应从而产生由光亮区和暗区构成的干涉图形。图形以重复周期排列，图形的最小线宽可达波长的几分之一。电子束光刻和X射线光刻类似，都是利用电子束/X射线在涂有光刻胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。全息光刻、电子束光刻、X射线光刻都可以制作纳米级光栅，但是所使用的设备昂贵、复杂、难以控制，而且工艺条件苛刻，制作成本高、周期长。飞秒激光直写法、双光束干涉法可用来制作周期为几百纳米的光栅，但是制作出来的纳米级光栅平直性不好，光路复杂，工艺过程不好控制。

通常，如果想要得到金属、硅或其他材料的纳米级光栅，还要用到电子束刻蚀，离子束刻蚀，反应离子束刻蚀，湿法刻蚀，蒸镀，微电镀等工艺将光栅图形转移到金属、硅或多晶硅上。这样导致整个制作工序更加复杂，难以操控，制作成本高，周期长，生产效率低。此外，纳米压印技术也是制作纳米级光栅的重要手段，其制作成本低，生产效率高，但是它的前提条件是需要预先制作好的纳米光栅的母模版，同样也是需要上述的制作和图形转移过程。

因此，有必要发明一种成本低、周期短、工序简单、易于控制的纳米级光栅制作方法。

发明内容

本发明为了解决现有的纳米级光栅制作方法所用设备昂贵、工艺条件苛刻复杂、难以控制、制作成本高、周期长的问题，提供了一种成本低、周期短、工序简单、易于控制的基于PDMS的纳米级光栅制作方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于PDMS的纳米级光栅制作方法，包括如下步骤：

a、用光刻技术制作光栅母模版；

b、将步骤a中的光栅母模版的光栅图案转移到PDMS薄膜上，制作带有光栅图案的PDMS薄膜；

c、将带有光栅图案的PDMS薄膜夹持在电控平移台上，设定拉伸比例参数后，沿栅线的长度方向双向拉伸带有光栅图案的PDMS薄膜，栅线的宽度随着栅线被拉长而变窄，即光栅图案的周期变小，然后将拉伸后的PDMS薄膜固定在一片平整的基底上；

d、将拉伸后的PDMS薄膜上的周期变小的光栅图案转移到PMMA薄膜上，成为下一步骤的光栅母模版；

e、依次重复步骤b、c、d若干次，直至制作成纳米级的基于PMMA薄膜的光栅母模版；

f、将步骤e中的光栅母模版的光栅图案转移到PDMS薄膜上，制作具有纳米级光栅图案的PDMS薄膜；

g、以步骤f中具有纳米级光栅图案的PDMS薄膜为母模版，制作其它多种材料的纳米级光栅。

所述PDMS（英文名：Polydimethylsiloxane、中文名：聚二甲基硅氧烷）是一种高分子有机硅化合物，通常被称为有机硅，具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。聚二甲基硅氧烷（PDMS)在液态时为一种黏稠液体，称做硅油，是一种具有不同聚合度链状结构的有机硅氧烷混合物；在固态时为一种硅胶，无毒、疏水性的惰性物质，且为非易燃性、透明弹性体。实验室中通常用主剂与固化剂以一定比例（10:1、20:1或者根据具体要求的其它比例）混合均匀后，利用抽真空的方式使混合液中的气泡浮至表面并破裂，再在一定温度下烘烤一定时间后使其固化，主剂和固化剂的比例、加热温度、加热时间等参数的不同将会制作出不同硬度的PDMS。

所述PMMA （英文名：PolymethylMethacrylate、中文名：聚甲基丙烯酸甲酯）俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的产品，PMMA溶于有机溶剂，如苯酚、苯甲醚、甲苯等，通过旋涂可以形成良好的薄膜材料。

所述电控平移台因其精度高、速度快、承载大、行程长等特点，而广泛应用于科研、激光应用、全自动计量检测仪器设备、工业自动化等领域，可以精确地控制PDMS薄膜的拉伸位移，此装置可在市场中方便购买得到。