一种表面等离激元超材料制备方法

本发明属于纳米光子学以及纳米加工，具体涉及一种表面等离激元超材料制备方法。

背景技术：

1、表面等离激元主要是基于金属界面或者亚波长尺寸的金属结构中电磁辐射和传导电子的相互作用过程，这种相互作用将导致亚波长尺寸的光学近场增强和光学非线性效应。将这种亚波长结构按照一定的规律排布成阵列，可具有自然界材料所没有的特殊电磁性质，即表面等离激元超材料。超材料的特殊电磁性质主要取决于亚波长单元结构的形状、尺寸、方向和排布方式等等。随着微米、纳米加工技术的不断发展，人们可以利用深紫外光刻、电子束曝光、聚焦离子束刻蚀、纳米压印等技术，制造各种几何形状的金属纳米结构。如制备出的纳米光栅、纳米孔、以及金属-介质层-金属多层结构可以有效的激发表面等离激元并实现对电磁波的频率、极化和相位等参量的调控。其中金属-介质层-金属多层结构是目前应用最广泛的表面等离激元超材料结构之一，这种结构在不同材料的界面都可以支持束缚的表面等离激元，当相邻界面之间的距离接近机或者小于界面所激发等离激元的衰减长度时，在不同界面上的表面等离激元之间会产生耦合作用。而在金属-介质层-金属或者介质-金属层-介质等多层结构中，金属层所产生的表面等离激元能够在两侧的介质层中形成振荡模式。类似于光学腔，这种结构能将光场能量高效地局域在介质层中，从而在光学吸收体，光学生化检测方面有巨大的应用前景。

2、传统的表面等离激元超材料制备方法中，通常会将金(au)靶材溅射在衬底上后对其进行退火，然而磁控溅射后的金(au)靶材为一个整体，当衬底退火温度升高时无法均匀分开，从而可能会出现金属纳米颗粒的尺寸不规整的情况发生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种表面等离激元超材料制备方法，旨在解决现有技术中提出的传统的表面等离激元超材料制备方法中，通常会将金(au)靶材溅射在衬底上后对其进行退火，然而磁控溅射后的金(au)靶材为一个整体，当衬底退火温度升高时无法均匀分开，从而可能会出现金属纳米颗粒的尺寸不规整的情况发生的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种表面等离激元超材料制备方法，包括以下步骤：

3、s1、衬底材料准备，选定衬底材料并对其进行加工清理后备用；

4、s2、根据s1得到衬底材料后，旋涂光刻胶后对衬底表面进行光刻图形，并将尺寸控制在50纳米到1微米之间，厚度在5纳米到1微米之间；

5、s3、根据s2得到光刻图形后的衬底，将衬底放入磁控溅射系统中进行金(au)靶材溅射，设定参数对s2中光刻图形的间隙进行填充；

6、s4、根据s3得到金(au)靶材溅射后的衬底，将衬底放入退火设备中设置退火温度进行去胶，并使s2中溅射的au层变为au nps层后自然冷却；

7、s5、根据s4得到退火后的衬底，将衬底再次放入磁控溅射系统中进行硅(si)靶材溅射，完成表面等离激元超材料的制备。

8、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s1中衬底材料为石英玻璃。

9、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s1中衬底材料准备包括，衬底材料切割、衬底材料清洗以及衬底材料吹干备用。

10、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述衬底材料清洗可采用超声波清洗机的方式。

11、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s3中金(au)靶材溅射的填充厚度不高于s2中的光刻胶厚度。

12、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s3中金(au)靶材溅射的参数为气流(20)，压强(3.3pa)，直流电流(0.2ma)，溅射速度12纳米/分钟。

13、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s4中退火温度分别设定为(100℃、150℃、200℃)，退火时间30分钟。

14、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述退火设备为型号：马弗炉elf 11/14b。

15、作为本发明一种表面等离激元超材料制备方法，优选的，所述s3与s5中的磁控溅射系统型号为：磁控溅射系统nsc-4000。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、采用在磁控溅射金(au)靶材前对衬底表面进行光刻图形，使得磁控溅射金(au)靶材均匀的填充在光刻图形的缝隙间，从而在退火过程中随着金(au)靶材的溶解，能够使金(au)靶材变为尺寸相近的金纳米颗粒(au nps)，避免整体金(au)靶材变成金纳米颗粒(aunps)时出现尺寸差距过大的情况。

技术特征：

1.一种表面等离激元超材料制备方法，包括，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s1中衬底材料为石英玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s1中衬底材料准备包括，衬底材料切割、衬底材料清洗以及衬底材料吹干备用。

4.根据权利要求3所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述衬底材料清洗可采用超声波清洗机的方式。

5.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s3中金(au)靶材溅射的填充厚度不高于s2中的光刻胶厚度。

6.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s3中金(au)靶材溅射的参数为气流(20)，压强(3.3pa)，直流电流(0.2ma)，溅射速度12纳米/分钟。

7.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s4中退火温度分别设定为(100℃、150℃、200℃)，退火时间30分钟。

8.根据权利要求7所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述退火设备为型号：马弗炉elf 11/14b。

9.根据权利要求1所述的一种表面等离激元超材料制备方法，其特征在于：所述s3与s5中的磁控溅射系统型号为：磁控溅射系统nsc-4000。

技术总结本发明属于纳米光子学以及纳米加工技术领域，具体涉及一种表面等离激元超材料制备方法，包括以下步骤：S1、衬底材料准备，选定衬底材料并对其进行加工清理后备用；S2、根据S1得到衬底材料后，旋涂光刻胶厚对衬底表面进行光刻图形，并将尺寸控制在50纳米到1微米之间，厚度在5纳米到1微米之间；S3、根据S2得到光刻图形后的衬底，将衬底放入磁控溅射系统中进行金(Au)靶材溅射，设定参数对S2中光刻图形的间隙进行填充。本发明提出采用在磁控溅射金(Au)靶材前对衬底表面进行光刻图形，使得磁控溅射金(Au)靶材均匀的填充在光刻图形的缝隙间，从而在退火过程中随着金(Au)靶材的溶解，能够使金(Au)靶材变为尺寸相近的金纳米颗粒(Au NPs)。技术研发人员：李炳臻,陈玉华,王吉军,李芳媛,吴晴晴,李岩受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防工程研究院技术研发日：技术公布日：2024/6/11