多光子加工技术在金属微纳结构与器件制备中的应用

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金属微纳米结构具有表面等离子体共振等新颖的物理效应,在微纳米技术的研究中占据重要的地位。目前常用的微纳米加工技术多为平面结构制备技术,不适于制备复杂三维微纳米结构和器件;此外,一些加工方法还面临着工艺复杂、设备昂贵等问题,不利于在大规模微纳米加工中广泛应用。多光子微纳米加工技术具有无掩膜、高分辨、真三维的特点,在光刻胶、金属和纳米复合材料等材料的结构制备中有广泛应用。本论文旨在进行多光子加工技术制备微电感器件与手性电磁超颖材料,以及多光子光还原制备金属微纳米结构新方法的研究。  1.多光子加工技术制备微电感器件。利用多光子加工技术结合化学镀工艺制备了三维金属微电感器件。电感特征尺寸为2.6μm,长度为42μm。对器件性能测量结果显示,电感器件导电性能良好,电阻为29.1Ω;电感自感系数为612nH,测量结果与及模拟结果吻合很好。从纳米尺寸效应的角度对出现在诸多微电感器件制备中自感系数测量值及理论计算结果的偏差问题给予了合理的解释。  2.多光子加工技术制备手性电磁超颖材料。设计了单层互补手性超颖材料及双层手性超颖材料。利用多光子加工技术结合金属蒸镀以及剥离工艺,在厚度为50 nm金薄膜中制备了周期为1.8μm的单层互补型手性超颖材料。对结构同向极化透射率和交叉极化透射率的测试结果表明,我们得到了在共振位置处同时具有强旋光性以及极高透射率的手性超颖材料。通过对双层手性超颖材料光学性能的模拟计算表明,该结构具有双通带共振、高旋光性,结构折射率能够在-0.6到-2之间调节的特点。  3.多光子光还原与光镊技术制备银微纳米结构物理模型。建立了飞秒激光多光子光还原与连续激光光镊技术制备银微纳米结构物理模型。主要考虑了连续激光的光镊力大小、银纳米颗粒的布朗运动、激光热效应等因素对溶液体系中还原出的银颗粒运动的影响,最终得到了综合以上因素影响下银颗粒运动速度和运动位移的运动规律。  4.多光子光还原与光镊技术制备银微纳米结构。结合飞秒激光多光子光还原与连续激光光镊技术制备了分辨率高达40 nm的银纳米结构以及多种二维和三维银微纳米结构。
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