专利名称：一种制作复眼结构的方法
技术领域：
本发明属于微纳加工技术领域，涉及一种微纳加工技术方法，特别涉及一种制作复眼结 构的方法。
技术背景复眼是自然界昆虫及节肢动物的一种特殊结构，典型的复眼结构如图l所示。它由数百到 上万只小眼组成，均匀排布在半球状的眼球上，每只小眼由角膜、晶状纤维、视网膜以及通 向脑的视神经组成，独立构成成像系统。并且由于排布在曲面上，每个小眼的光轴在不同的方向，从而具有可以实现360。全视场探测的独特优势。因此，这种特殊的结构具有体积小巧, 探测视场大,探测灵敏度高等显著特点。复眼结构的特殊性能引起科学家们的广泛关注，人们 把许多小透镜粘在一起，做成了一种复眼透镜。每个小透镜都能独立成像。因此，复眼透镜 可使一个物体形成许多像，小透镜越多，形成的像也越多。目前制作微纳透镜的方法有电子束直写光刻、聚焦离子束光刻、干涉光—刻等，但这些方 法都是针对平面上纳结构的制作，如果要在具有一定曲率的曲面上制作出这样的结构非常困 难，需要逐点加工并且要求加工系统具有长的焦深，制作成本高昂、加工周期长。或者另一 种方法是加工出透镜后，再对其进行拼接。据报道，美国伯克利大学研制成世界上第一个模 仿昆虫眼睛的照相机镜头——"复眼"镜头，镜头由8500个六角微型透镜胶合而成，其视场比 传统的广角镜头大，"复眼"镜头直径为2.5毫米。每个小透镜的口径在几个微米左右。这样的 制作方法非常繁琐。如果能找到一种相对简单的方法来制作这种在曲面上的特殊结构将大大 促进仿生技术的研究，拓展应用领域。 发明内容本发明要解决的技术问题是克服现有制作复眼结构制作成本高、加工周期长、系统复 杂等缺点，充分利用百前相对^^熟的自组装技术，利用微球作模板，通过传递实现复眼透镜 制作。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种制作复眼结构的方法，其特征在于 首先选择曲面基底，并对其进行亲水化处理；然后通过自组装的方法在基底上排列微球；再 通过传递技术，将微球的形状<争递到基底上形成类似复眼的结构。所述的基底为石英、或K9、或硅、或硒化锌、或锗材料，满足在不同波段的使用需求。 所述的微球是玻璃球、或硅微球、或聚苯乙烯微球、或聚合物微球。 所述的传递技术采用反应离子刻蚀、或电感耦合等离子体刻蚀、或湿法刻蚀技术进行面 形传递，实现在不同基底上的复眼结构的成形。通过选择直径为20nm-30(Vm纳米微球可以实现周期为20nm-30(^m复眼结构制作。 所述基底是曲率半径在无穷大到数百倍于所用的微球曲率半径之间的曲面。 复眼结构的口径可以与微球的口径相同，也可以不同。通过控制刻蚀时间、刻蚀速率可以获得浮雕深度不同的复眼结构，复眼结构的浮雕深度在0和D/2之间可调，D为透镜周期。通过控制微球的排布可以实现复眼结构的六边形排布、或四边形、或环形排布。 本发明与现有技术相比所具有的优点是本发明方法不需要复杂设备、不需要掩模板，且具有成本低、效率高、工艺简单等显著特点，同时还具有复眼结构口径、排布方式、矢高、占空比可控的优点，为复眼结构列阵的制作提供一种简单实用的新方法。
图l是典型复眼结构示意图；图2是本发明采用微球作掩模板在曲面基底上刻蚀形成复眼结构的原理示意图； 图中l表示基底，2表示微球，3表示形成的复眼结构；图3是本发明实施例1中复眼结构的一般性的制作流程；图3a选择具有特定曲率的基片 并进行预处理，图3b为微球排布于基板上，图3c为通过刻蚀形成复眼结构；图4是本发明实施例1刻蚀时间较短的情况下形成的周期400nm，浮雕深度100nm的复 眼结构；图4a为复眼结构浮雕轮廓示意图，图4b为制作出的复眼结构SEM照片；图5是本发明实施例1刻蚀时间较长的情况下形成的周期400nm，浮雕深度200nm的复 眼结构的SEM照片；图6是本发明实施例2采用直径10pm的纳米球实现直径6000nm，浮雕深度3000nm的 红外复眼结构制作；图7是本发明实施例3制作四边形排布的复眼结构SEM照片；图8是本发明实施例5制作在平面基底上的复眼结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式
详细介绍本发明。本发明介绍一种制作复眼结构的方法，首先选择具有一定曲率半径的基底1，并对其进行亲水化处理;然后通过自组装的方法在基底上排列微球2;再通过传递技术，将微球2的 形状传递到基底上形成复眼结构3，其原理示意图如图2所示。 实施例l本实施例以融石英为基底，制作直径400nm，浮雕深度分别为100nm和200nm的复眼结构。首先采用曲率半径为50mm的融石英作为基板，用化学方法对基板进行亲水化处理，如 图3a所示；然后将浓度为3%,直径为400nm的单分散聚苯乙烯纳米球水溶胶0.5^1均匀涂 布在玻璃基底表面，使溶剂缓慢蒸发，胶体球自组装成阵列，如图3b所示；采用反应离子刻 蚀RIE对聚苯乙烯纳米球自组装层进行刻蚀，实现所需透镜的制作，如图3c所示；选用l: 1刻蚀速率比，调节刻蚀功率和反射功率及刻蚀气体的流量，控制石英的刻蚀速率在 20nm/min，经过5分钟刻蚀后，形成周期400nm，浮雕深度100nm的复眼结构；图4a所制 作的复眼结构浮雕轮廓示意图，图4b为所制作的复眼结构SEM照片；在刻蚀速率稳定在 20nm/min的情况下刻蚀10分钟，形成周期400nm，浮雕深度200nm的复眼结构；制作出的 复眼结构SEM照片如图5所示，由于刻蚀时间比浮雕深度浅(即100nm)的复眼结构列阵时 间长，这个复眼结构的表面粗糙度明显要大。实施例2本实施例以硒化锌为基底，制作直径6000nm，浮雕深度3000nm的复眼结构列阵。 首先采用曲率半径为100mm的硒化锌作为基板，用化学方法对基板进行亲水化处理；然 后将浓度为1%，直径10nm的聚苯乙烯DVB共聚微粒悬浊液硅微球1.5^均匀涂布在基底表 面，使溶剂缓慢蒸发，胶体球自组装成阵列；采用电感耦合等离子体刻蚀ICP对聚合物微球 自组装层进行刻蚀，刻蚀速率比控制在300nm/min，通过10min刻蚀，实现所需结构的制作， 示意图如图6所示，复眼结构直径6000nm，浮雕深度3000nm。 实施例3本实施例以锗为基底，制作直径3000nm，浮雕深度1000nm的复眼结构列阵。 采用曲率半径为3mm的锗为基板，用化学方法对基板进行亲水化处理；将浓度为1%， 直径为3000nm的硼硅酸盐玻璃球水溶胶2.5jxl均匀涂布在基底表面自组装形成阵列，通过在 基底上形成四边形排布的微球列阵，采用反应离子刻蚀RIE刻蚀，刻蚀速率比控制在50nm/min 的情况下刻蚀20分钟，形成的四边形排布复眼结构SEM照片如图7所示。 实施例4本实施例以曲率半径30mm的硅为基底，制作直径500nm，浮雕深度200nm的复眼结构列阵。首先对选用的硅基板用化学方法进行亲水化处理；将浓度为1%，直径为500nm的单分 散聚苯乙烯微球水溶胶0.5nl均匀涂布在基底表面自组装形成环形排布的阵列；采用5%浓度 的HF溶液对其进行湿法腐蚀，3min后得到环形排布的复眼结构。实施例5本实施例以曲率半径为无穷大的K9玻璃为基底，制作直径30^m，浮雕深度15^m的复 眼结构列阵。采用平面K9玻璃为基板，用化学方法对基板进行亲水化处理;将浓度为1%，直径为30jim 的玻璃微球水溶胶1.5pl均匀涂布在基底表面自组装形成阵列;采用10X浓度的HF溶液对其 进行湿法腐蚀，25min后得到平面上的复眼结构，其部分示意图如图8所示。
权利要求
1、一种制作复眼结构的方法，其特征在于首先选择曲面基底，并对其进行亲水化处理；然后通过自组装的方法在基底上排列微球；再通过传递技术，将微球的形状传递到基底上形成类似复眼的结构。
2. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于所述的基底为石英、 或K9、或硅、或硒化锌、或锗材料，满足在不同波段的使用需求。
3. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于所述的微球是玻璃 球、或硅微球、或聚苯乙烯微球、或聚合物微球。
4. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于所述的传递技术采 用反应离子刻蚀、或电感耦合等离子体刻蚀、或湿法刻蚀技术进行面形传递，实现在不同基 底上的复眼结构的成形。
5. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于通过选择直径为 20nm-300pm纳米微球可以实现周期为20nm-300^im复眼结构制作。
6. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于所述基底是曲率半径 在无穷大到数百倍于所用的微球曲率半径之间的曲面。
7. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于复眼结构的口径可以与微球的口径相同，也可以不同。
8. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于通过控制刻蚀时间、 刻蚀速率可以获得浮雕深度不同的复眼结构，复眼结构的浮雕深度在0和D/2之间可调，D 为透镜周期。
9. 根据权利要求1所述的一种制作复眼结构的方法，其特征在于通过控制微球的排布可以实现复眼结构的六边形排布、或四边形、或环形排布。
全文摘要
一种制备复眼结构的方法，属于微纳加工技术领域；其特征在于首先选用有一定曲率的光学材料作为基底，并对其进行亲水化处理，在其上涂敷微球，微球在基底材料上自组装，形成单层特定分布，再通过刻蚀将微球的形状传递到基底上，形成类似复眼结构，本发明克服现有技术制作复眼结构成本高、工序繁琐、加工周期长等缺点，具有一次成型，不需要复杂设备、不需要掩模板、成本低、效率高、工艺简单等显著特点，同时还具有复眼结构的口径、矢高、占空比、排布方式可控的优点，为复眼结构的制作提供一种简单实用的新方法。
文档编号G02B3/10GK101403802SQ200810226158
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者杜春雷, 邓启凌 申请人:中国科学院光电技术研究所