本發(fā)明屬于一種構(gòu)筑雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)并連續(xù)調(diào)節(jié)位于其上的納米光柵周期的裝置和方法，具體涉及微納光學(xué)、光柵光學(xué)等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微納光學(xué)的迅速發(fā)展和光柵光學(xué)的深入研究為微型化光柵的研究與應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。光柵是一個(gè)具有等寬等間距的平行狹縫的常用光學(xué)器件，一般常用的光柵是大量的平行刻痕，刻痕不透光，相鄰兩刻痕間透光，這種利用透射光衍射的光柵為透射光柵，利用兩刻痕間的反射光衍射的光柵，如在鍍有金屬層的表面上刻出許多平行刻痕，兩刻痕間的光滑金屬面可以反射光，這種光柵稱(chēng)為反射光柵。隨著光柵應(yīng)用范圍的增加，研究者對(duì)光柵精度要求越來(lái)越高，微納光學(xué)的發(fā)展促成了納米光柵的產(chǎn)生，制作納米光柵的方法有很多。本發(fā)明中，使用了電子束曝光技術(shù)制作金屬納米光柵。目前，在光柵光學(xué)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的光柵在制作出來(lái)以后無(wú)法再改變其周期，而很多研究中需要使用周期可變的光柵來(lái)進(jìn)行精密連續(xù)的研究過(guò)程，鑒于此，本發(fā)明中利用雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)通過(guò)溫控原理能夠精確地連續(xù)調(diào)節(jié)金屬納米光柵周期，實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變光柵周期的實(shí)時(shí)研究。

為解決精密連續(xù)調(diào)節(jié)金屬光柵周期用以實(shí)時(shí)研究的問(wèn)題，本發(fā)明提出了溫控的雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)精密連續(xù)調(diào)節(jié)金屬納米光柵周期的裝置和調(diào)節(jié)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)溫控作用的結(jié)構(gòu)可以精密連續(xù)調(diào)節(jié)金屬納米光柵周期的裝置。利用微納加工工藝產(chǎn)生雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的溫度精密調(diào)節(jié)控制位于結(jié)構(gòu)中間的金屬納米光柵的周期。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種溫控雙v形結(jié)構(gòu)精密連續(xù)調(diào)節(jié)金屬納米光柵周期的裝置，其特征在于，包括雙v形結(jié)構(gòu)裝置、金屬納米光柵結(jié)構(gòu)、絕緣襯底上的硅(soi)、金屬沉積層(金)。

所述雙v形結(jié)構(gòu)裝置具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和可控性，外加電壓的大小和時(shí)間的不同可以控制其產(chǎn)生的焦耳熱量，從而提升不同的溫度，進(jìn)而不同程度地改變金屬納米光柵周期的大小，裝置的平面可拉伸位移為一百多納米，能夠在納米量級(jí)精確調(diào)控金屬光柵周期，且由于裝置的平面特性，可以在使用光柵的同時(shí)精密調(diào)節(jié)光柵周期。

所述納米光柵結(jié)構(gòu)是利用微納加工工藝在雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的中間部分加工成的。

所述金屬沉積層(金)附著在絕緣襯底上的硅(soi)表面，用于刻蝕納米光柵以及對(duì)其施加電壓。

本發(fā)明所述測(cè)量芯片的制備方法，包括如下步驟：

(1)利用電子束蒸鍍工藝在絕緣襯底上的硅(soi)表面蒸鍍600nm厚的金屬層(金)。

(2)利用紫外光刻的方法將絕緣襯底上的硅和金屬沉積層(金)制作成懸臂長(zhǎng)約400um的雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

(3)利用聚焦離子束(fib)技術(shù)在雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的中間部分加工周期均為500nm，線(xiàn)寬為250nm的光柵方向分別平行和垂直于雙v結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條部分的反射式和透射式金屬光柵。

(4)利用濕法刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)下方的硅和二氧化硅完全腐蝕掉，使整個(gè)金屬雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)完全懸空。(對(duì)透射式金屬光柵還需要利用fib技術(shù)將基底刻出一個(gè)方形洞口，反射式金屬光柵則不需要)。

本發(fā)明所述芯片的測(cè)試方案，包括如下步驟：

在雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)懸臂引出的電極上施加0.005t(v/s)的電壓10s，此時(shí)金屬雙v結(jié)構(gòu)由于電流產(chǎn)生的焦耳熱使得溫度上升從而產(chǎn)生熱膨脹，中間的納米光柵部分受到兩端v形臂的拉伸力使得平行于v形結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)的光柵周期減小，垂直于v形結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條結(jié)構(gòu)的光柵周期增大，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)光柵周期。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明是利用微納加工工藝制作的金屬納米光柵，制作的光柵本身精度較高。

(2)本發(fā)明的溫控裝置可拉伸位移量達(dá)一百多納米，能夠在納米量級(jí)精確調(diào)控光柵周期，調(diào)節(jié)范圍可控。

(3)本發(fā)明可以依據(jù)反射式和透射式金屬光柵的不同需要對(duì)雙v形結(jié)構(gòu)裝置做不同處理。

(4)本發(fā)明能夠連續(xù)調(diào)節(jié)光柵周期，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)連續(xù)改變周期并用于研究的需求。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

圖1為利用電子束蒸鍍工藝在絕緣襯底上的硅(soi)表面蒸鍍約600nm厚的金屬層(金)示意圖；

圖2為在圖1的基礎(chǔ)上利用紫外光刻的方法制作懸臂長(zhǎng)約400um的雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；

圖3為在圖2的基礎(chǔ)上利用聚焦離子束(fib)技術(shù)在雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的中間部分加工周期均為500nm，線(xiàn)寬為250nm的光柵方向分別平行(a)和垂直(b)于雙v結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條部分的反射式金屬光柵；

圖4為在圖2的基礎(chǔ)上利用聚焦離子束(fib)技術(shù)在雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的中間部分加工周期均為500nm，線(xiàn)寬為250nm的光柵方向分別平行(a)和垂直(b)于雙v結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條部分的透射式金屬光柵；

圖5為對(duì)反射式金屬光柵來(lái)說(shuō)，在圖3的基礎(chǔ)上利用濕法刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)下方的硅和二氧化硅完全腐蝕掉，使整個(gè)金屬雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)完全懸空；

圖6為對(duì)透射式金屬光柵來(lái)說(shuō)，在圖4的基礎(chǔ)上利用濕法刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)下方的硅和二氧化硅完全腐蝕掉，使整個(gè)金屬雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)完全懸空，并用fib技術(shù)將剩余基底部分刻出一個(gè)通透的方形洞口；

圖7為溫控作用下反射式光柵經(jīng)調(diào)節(jié)后連續(xù)縮小和擴(kuò)大光柵周期的示意圖；

圖8為溫控作用下透射式光柵經(jīng)調(diào)節(jié)后連續(xù)縮小和擴(kuò)大光柵周期的示意圖；

附圖標(biāo)記：1、絕緣襯底上的硅(soi)2、金屬層(金)3、刻蝕掉表面二氧化硅和部分硅形成的凹槽4、通透的方形洞口5、平行于中間結(jié)構(gòu)的反射式金屬光柵6、垂直于中間結(jié)構(gòu)的反射式金屬光柵7、平行于中間結(jié)構(gòu)的透射式金屬光柵8、垂直于中間結(jié)構(gòu)的反射式金屬光柵9、周期減小的平行反射式金屬光柵10、周期增大的垂直反射式金屬光柵11、周期減小的平行透射式金屬光柵12、周期增大的垂直透射式金屬光柵

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。

在絕緣襯底上的硅(soi)(0.2mm×12mm×44mm)表面利用電子束蒸鍍工藝蒸鍍一層厚度約600nm的金屬層(金)(圖1)，用以制作光柵以及施加電壓實(shí)施溫控作用。利用紫外光刻的方法將絕緣襯底上的硅(soi)和金屬沉積層(金)制作成雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(圖2)，且將兩端四個(gè)臂尾固定。利用聚焦離子束(fib)技術(shù)在雙v形結(jié)構(gòu)的中間部分加工周期均為500nm，線(xiàn)寬為250nm的光柵方向分別平行(所有圖中(a))和垂直(所有圖中(b))于雙v結(jié)構(gòu)中間長(zhǎng)條部分的反射式(圖3)和透射式(圖4)金屬光柵。利用濕法刻蝕的方法將結(jié)構(gòu)下方的硅和二氧化硅完全腐蝕掉，使整個(gè)金屬雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)完全懸空(圖5)，并利用fib技術(shù)在剩余基底底部刻出一個(gè)方形洞口用于透射式金屬光柵的實(shí)時(shí)使用(圖6)。在金屬雙v形對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的懸臂引出的電極上施加0.005t(v/s)的電壓10s，通過(guò)金屬表面的電流會(huì)產(chǎn)生焦耳熱使溫度升高從而產(chǎn)生膨脹，由于端點(diǎn)固定，熱膨脹使得兩個(gè)尖端有平行于結(jié)構(gòu)平面向外的位移，由此產(chǎn)生的位移和拉伸力使得中間結(jié)構(gòu)被拉伸，而位于其上的平行光柵周期經(jīng)拉伸后可以連續(xù)減小(圖7(a)、圖8(a))，垂直光柵周期經(jīng)拉伸后可以連續(xù)增大(圖7(b)、圖8(b))，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬納米光柵周期的連續(xù)精確調(diào)節(jié)。

本發(fā)明相關(guān)的說(shuō)明：

本發(fā)明中公開(kāi)的任一加工過(guò)程和使用材料等，除特殊敘述外，可以被其他等效或者類(lèi)似的加工手段和材料所替換，除特殊說(shuō)明，加工工具和使用材料只是具有等效或者類(lèi)似功能工具材料的一個(gè)例子。