超构器材：先进制作

　

　　超构外表是一种经过亚波长标准微纳结构完结光操作的新式光学器材。超构外表在成像、偏振操控、量子核算、通讯、传感和激光等运用都展现出很大的潜力。而完结超构外表的一大要点便是怎么高效，高精度地完结超构外表微纳结构的制作。

　　本文首要介绍了光学超构外表加工技能的最新进展。作者评论了三种超构外表加工办法：无掩膜刻蚀、掩膜刻蚀和其他微纳加工技能。作者总结了各种加工技能的特色及适宜的运用场景。最终，作者展望了超构外表及其先进微纳加工技能的远景，以完结多功能，集成超构外表体系的低本钱，高通量及高精度制作。

　　超构外表是近年来呈现一种新式的光学器材，也被称为超构器材。与需求相位堆集完结光操作的传统光学元件不同，超构外表经过亚波长标准的微纳结构，便能轻松完结对光振幅、偏振和相位的彻底操作。这一特色有助于运用超构外表完结光学器材的小型化，促进集成光学体系的完结。此外，超构外表具有更多的规划自在度，能完结更多规划以满意多种需求，除了成像、偏振操控、全息等运用外，也被用来完结传感，可调谐器材，量子光源等新式运用。

　　超构外表的另一大特色是易于加工。组成超构外表的微纳结构均是二维平面图画，能运用现有的老练纳米加工技能进行制作，如电子束刻蚀，激光刻蚀与光刻。也有研究者运用自拼装刻蚀、纳米压印刻蚀等技能完结超构外表的加工制作，满意林林总总的制作需求。

　　本文对光学超构外表的各种先进加工技能进行了具体评论，总结了各种加工制作技能的特色和应战。最终提出了超构外表加工技能未来的开展方向。

　　本文依据纳米图画怎么被第一次被发明出来将加工技能划分为三类：无掩膜刻蚀、掩膜刻蚀及其他微纳加工技能。这些技能的特色如表1所示。

　　无掩膜刻蚀技能指不需求掩膜就能够完结图画写入的技能，如图1所示。无掩膜刻蚀技能能分为电子束刻蚀、聚集离子束刻蚀和激光刻蚀。电子束刻蚀不需求掩模，直接运用聚集的电子束曝光电子束光刻胶界说图画。电子束刻蚀能写下任意图形，一起具有超高的精度。聚集离子束刻蚀经过直接炮击方针结构外表写入图画，是一种一步刻蚀的办法。聚集离子束刻蚀具有高精度的特色，一起能完结自在外表描摹的加工。激光刻蚀可大致分为激光直写刻蚀和激光干与刻蚀。激光直写刻蚀是运用激光直接在光刻胶上写入图画，适用于高通量，大面积的制作。激光干与刻蚀则经过引进更多相干光束构成干与图画，有助于完结大规模周期阵列的制作。

　　图1. 无掩模刻蚀。a. 电子束刻蚀。b. 电子束刻蚀制作的超构外表SEM图。c. 聚集离子束刻蚀。d. 聚集离子束刻蚀制作的超外表SEM图。

　　掩模刻蚀技能运用制备完结的掩模将图画转移到方针基板上，如图2所示。掩模刻蚀技能包含光刻、纳米压印刻蚀和自拼装刻蚀。光刻是一种最常见的半导体微纳加工技能，经过曝光将掩模板上的图画转移到光刻胶上，能完结大面积高通量的超构外表加工。纳米压印刻蚀将具有微纳结构的压印模板压到涂有聚合物的基板上，经过热或许紫外光将压印聚合物固化，完结超构外表的加工。压印模板能够重复运用，是一种高精度的大规模制作办法。自拼装刻蚀用悬浮液中的纳米微球充任掩模，是一种低本钱的周期结构加工办法。

　　其他微纳加工技能也在超构外表的制作中得到运用，如图3所示。评论了双光子聚合与激光烧蚀技能。双光子聚合是运用飞秒激光与光刻胶的相互作用完结微纳结构制作的技能。光刻胶仅在焦点处产生固化，能完结三维结构的加工。激光烧蚀则直接运用飞秒激光对方针基板标明上进行烧蚀或润饰，也是一种低本钱高通量的加工技能，适用于大面积超构外表的加工。

　　本文总结了各种适用于光学超构外表的先进微纳加工技能，评论了他们的特色与适用场景。考虑加工精度、加工面积、本钱、加工时刻和适用资料等条件，才能够找到适用于不同规划的最优加工办法。

　　超构外表在许多运用场景上显现出巨大潜力，如量子核算、通讯、传感和激光等运用。将超构外表融入集成体系，是进步设备功率，增强功能，是完结小型化，商业化的重要过程。这些需求都期望微纳加工技能能完结低本钱、高通量、大面积、高精度和高可重复地制作超构外表。一起，超构外表的微纳加工技能和半导体加工工艺相兼容，明显减小了超构外表的加工门槛，推进超构外表和超构光学范畴的广泛开展。（来历：先进制作微信大众号）