基于纳米压印技术的光栅制备

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1、硕士学位论文基于纳米压印技术的光栅制备FABRICATIONOFGRATINGSBASEDONTHENANOIMPRINTLITHOGRAPHY刘聪哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TH162+.1学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工程硕士学位论文基于纳米压印技术的光栅制备硕士研究生：刘聪导师：金鹏教授申请学位：工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH162+.1U.D.C:6

2、21.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONOFGRATINGSBASEDONTHENANOIMPRINTLITHOGRAPHYCandidate：CongLiuSupervisor：Prof.PengJinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentationEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEnginee

3、ringandAutomationDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要微纳米尺寸的光栅广泛应用于位移测量、光波耦合、空间调制等领域，是微光学、纳米光子学、表面等离子体光学中重要的微光学器件。目前，微纳加工技术已经代替了传统机械方法，成为加工光栅的主要手段。但是，现有的应用于加工光栅的微纳方法都面临着成本昂贵、生产效率不高、设备复杂的问题。而纳米压印技术由其

4、固有特点，有望解决这些问题。本文了对纳米压印技术在光栅制造领域的应用途径进行了深入探讨，分析了目前应用纳米压印技术制作光栅的关键问题，认为压印模板成本过高和相关工艺不成熟是制约该方法应用的最大瓶颈。围绕这些问题，本文分别对压印模板制备和压印过程工艺两大方面进行了研究。本文提出了利用硅的各向异性湿法腐蚀工艺来制作压印模板的方法。依照该方法，本文成功制备了V型剖面模板、金字塔结构模板、二维方形阵列模板。其中V型剖面模板周期达到2μm，闪耀角高达54.7°；二维方形阵列模板可以达到与激光直写加工相同的制作水平。这种方

5、法成本低廉，操作简单，适合大规模生产。所获的压印模板结构良好、表面光滑，十分适合用作纳米压印模板，具有很强的实际应用价值。除此之外，本文对压印模板的复制技术进行了研究，建立了采用微电铸技术来复制已有压印模板的方法。在工艺实施过程中，文本提出应用图形转移载体来避免了微电铸工艺对母板的损坏。本文使用自制系统成功复制了多种金属镍压模，达到了很高的复制精度。本文对光栅制造过程中的压印工艺进行了详尽的研究。对于二维光栅与闪耀光栅的制作，分别设计了对应的压印工艺方案。并在实施过程中，解决了遇到的脱膜时结构脱落问题和连续浮雕

6、结构转移问题。最终，本课题在石英玻璃基底上利用纳米压印技术成功制作了二维光栅、闪耀光栅，得到了稳定合理的工艺参数。本文总结了一套从压模制作到工艺实施的完整的应用纳米压印技术制作光栅的工艺途径。该途径成本低廉，生产效率高，不需要昂贵的设备投入，具有极强的实用价值。关键词：光栅；纳米压印技术；压印模板；石英光栅-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractGratingswithmicrometerornanometersizearewidelyusedinthefieldofdisplacementmeas

7、urement,opticalcouplingandspatialmodulation.Gratingsarevitalmicroopticalelementswhenwetalkaboutmostadvancedopticalresearchfocus,suchasmicrooptics,nanophotonicsandsurfaceplasmonoptics.Atpresent,themicro-nanomachiningtechnologyhasreplacedthetraditionalmechanic

8、almethod,becomingthemainmeansoffabricatinggratings.However,theexistingmicro-nanomethodusedtofabricategratingisfacedwiththeproblemofhighcost,lowproductionefficiency,andcomplexequipment.Thenanoimp