一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法

摘要

一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，先制备干法刻蚀所需要的金属掩蔽层，然后通过调控刻蚀参数制备倒锥柱阵列硅模具，最后翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜，将疏水处理过的倒锥柱阵列硅模具固定在衬底上，将垫层固定在倒锥柱阵列硅模具的两侧，用聚合物完全涂覆在倒锥柱阵列硅模具表面，然后真空处理去除聚合物中夹杂的气泡；再使用压板挤压聚合物，然后将压板、聚合物、垫层、倒锥柱阵列硅模具、衬底整个加热，使聚合物固化；再分离聚合物和倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜，聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜具有优良的弹性性能，通过施加外力驱使其变形实现反射率的调控；通过多层叠加或不同顺序的组合实现薄膜反射率的调控。

权利要求

1.一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备干法刻蚀所需要的掩蔽层，通过光刻工艺在准备干净的单晶硅片表面实现光刻胶的图形化；再通过溅射或蒸镀工艺在有光刻胶图形化的单晶硅片表面制备一层厚度为

200～1000纳米的薄膜；然后通过剥离工艺获取薄膜的图形化，以形成干法刻蚀所需要的掩蔽层；

2)制备倒锥柱阵列硅模具，将具有掩蔽层的单晶硅片放入干法刻蚀机，在刻蚀过程中通过调控刻蚀参数制备单晶硅片倒锥柱阵列硅模具，刻蚀参数为：功率105～150W，反射功率1～4W，偏压300～320V，刻蚀过程SF6流量90～99.8sccm，C4F8流量2.4～5.5sccm；边壁钝化过程SF6流量2.3～6.2sccm，C4F8流量85～96.9sccm；刻蚀与钝化转换周期为15～30秒；然后去除掩蔽层，获取倒锥柱阵列硅模具；

3)翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜，首先，将疏水处理过的单晶硅片倒锥柱阵列硅模具固定在平坦的衬底上，然后，将垫层固定在单晶硅片倒锥柱阵列硅模具的两侧；再用聚合物完全涂覆在单晶硅片倒锥柱阵列硅模具表面，且聚合物厚度高于垫层2～5毫米，然后真空处理去除聚合物中夹杂的气泡；再使用压板挤压聚合物，施加在压板上的载荷为50～

120Kg，保持15～30秒；然后将压板、聚合物、垫层、倒锥柱阵列硅模具、衬底整个加热，加热温度为50～90℃，保持30～60分钟使聚合物固化；再分离聚合物和倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，其特征在于：所述的步骤1)中的薄膜为铝薄膜、氧化铝薄膜或氮化硅薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，其特征在于：所述的聚合物为PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PUA(聚氨酯-聚丙烯酸酯)或POE(聚烯烃弹性体)。

4.根据权利要求1所述的一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，其特征在于：所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔大端直径D和小端直径d，所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的深度H以及所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的间距L尺寸关系为

0.01≥D/H＞0，20≥D/d＞0，0.05≥D/L＞0。

说明书

一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于微纳制造及光电子器件制造领域，特别涉及一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法。

背景技术

[0002] 光学薄膜概念最早萌芽于17世纪“牛顿环”的发现，光学薄膜现已广泛应用于光学、光电子技术领域以及各种光学仪器。

[0003] 传统的光学薄膜是以光的干涉为理论基础，光学薄膜是利用不同的材料对光具有不同的反射、吸收、透射性能，并结合实际需要制造的一种薄膜。随着微纳米技术的发展，新型的光学薄膜——纳米光学薄膜得到了快速发展。主要通过在材料表面涂覆一层微纳米颗粒或者将薄膜的厚度做到纳米级得到的一种光学薄膜，该薄膜具有普通光学薄膜所没有的光学特性。

[0004] 目前，光学薄膜一旦制备完成，它的反射性能也就确定下来。同时，光学薄膜一般透光性都很差，即目前光学薄膜存在反射率不可调控和透光性差的问题，这对于既要求反射性又要求透射性的光学应用场合有所限制。

发明内容

[0005] 为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，该柔性薄膜可有效提高300～1400nm光波的反射率，同时反射率可调控，具有成本低、性能稳定等优点。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

[0007] 一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，包括以下步骤：

[0008] 1)制备干法刻蚀所需要的掩蔽层，通过光刻工艺在准备干净的单晶硅片表面实现光刻胶的图形化；再通过溅射或蒸镀工艺在有光刻胶图形化的单晶硅片表面制备一层厚度为200～1000纳米的薄膜；然后通过剥离工艺获取薄膜的图形化，以形成干法刻蚀所需要的掩蔽层；

[0009] 2)制备倒锥柱阵列硅模具，将具有掩蔽层的单晶硅片放入干法刻蚀机，在刻蚀过程中通过调控刻蚀参数制备单晶硅片倒锥柱阵列硅模具，刻蚀参数为：功率105～150W，反射功率1～4W，偏压300～320V，刻蚀过程SF6流量90～99.8sccm，C4F8流量2.4～5.5sccm；边壁钝化过程SF6流量2.3～6.2sccm，C4F8流量85～96.9sccm；刻蚀与钝化转换周期为15～30秒；然后去除掩蔽层，获取倒锥柱阵列硅模具；

[0010] 3)翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜，首先，将疏水处理过的单晶硅片倒锥柱阵列硅模具固定在平坦的衬底上，然后，将垫层固定在单晶硅片倒锥柱阵列硅模具的两侧；再用聚合物完全涂覆在单晶硅片倒锥柱阵列硅模具表面，且聚合物厚度高于垫层2～5毫米，然后真空处理去除聚合物中夹杂的气泡；再使用压板挤压聚合物，施加在压板上的载荷为50～120Kg，保持15～30秒；然后将压板、聚合物、垫层、倒锥柱阵列硅模具、衬底整个加热，加热温度为50～90℃，保持30～60分钟使聚合物固化；再分离聚合物和倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜。

[0011] 所述的薄膜为铝薄膜、氧化铝薄膜或氮化硅薄膜。

[0012] 所述的聚合物为PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PUA(聚氨酯-聚丙烯酸酯)或POE(聚烯烃弹性体)。

[0013] 所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔大端直径D和小端直径d，所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的深度H以及所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的间距L尺寸关系为0.01≥D/H＞0，20≥D/d＞0，0.05≥D/L＞0。

[0014] 本发明的优点：本发明获得的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜具有优良的弹性性能，通过施加外力驱使聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜变形实现其反射率的调控；通过套刻对准技术能够实现多层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的叠加，以及多层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜不同顺序的组合实现薄膜反射率的调控。

附图说明

[0015] 图1是制备干法刻蚀所需要的掩蔽层流程图，图1(a)是光刻胶图形化示意图；图1(b)是薄膜的沉积示意图；图1(c)是剥离后薄膜的图形化示意图。

[0016] 图2是倒锥柱阵列硅模具的制造工艺流程图，图2(a)干法刻蚀后倒锥柱阵列硅模具示意图；图2(b)是去除薄膜后倒锥柱阵列硅模具示意图。

[0017] 图3是对正标记的制备工艺流程图，图3(a)是光刻胶对正标记示意图；图3(b)是薄膜对正标记示意图；图3(c)是单晶硅片倒锥柱阵列硅模具的对正标记示意图。

[0018] 图4是翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜示意图，图4(a)是翻模的结构示意图；图4(b)是脱模得到的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的示意图。

[0019] 图5是实施例1的单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率测量示意图，图5(a)是投射光从单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜正面及背面入射的示意图；图5(b)是单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率测量结果图。

[0020] 图6是实施例1的双层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率测量示意图，图6(a)是投射光从四种不同组合的双层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的入射示意图；图6(b)是双层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率测量结果图。

[0021] 图7是实施例1的1～6层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜按照图6中组合一的反射率测量结果图。

[0022] 图8是投射光波长700纳米的情况下，实施例1的1～6层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜按照图6中组合一的反射率测量结果图。

[0023] 图9是通过施加外力驱使实施例1的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜变形实现反射率的调控示意图。

[0024] 图10是通过实施例1的多层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜不同顺序的组合实现反射率的调控示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

[0026] 实施例1

[0027] 一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，包括以下步骤：

[0028] 1)制备干法刻蚀所需要的掩蔽层：

[0029] 1.1)参照图1(a)和图3(a)，通过光刻工艺在准备干净的单晶硅片1表面实现光刻胶2的图形化；图形化的光刻胶2包括光刻胶对正标记10；

[0030] 1.2)参照图1(b)，然后通过溅射在有光刻胶2图形化的单晶硅片1表面制备一层厚度为500纳米的薄膜3，薄膜3为铝薄膜；

[0031] 1.3)参照图1(c)和图3(b)，然后通过剥离工艺获取薄膜3的图形化，以形成干法刻蚀所需要的掩蔽层；薄膜3包括薄膜对正标记11；

[0032] 2)制备倒锥柱阵列硅模具：

[0033] 2.1)参照图2(a)，将具有薄膜3的单晶硅片1放入干法刻蚀机，在刻蚀过程中通过调控刻蚀参数制备单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，刻蚀参数为：功率125W，反射功率2.5W，偏压310V，刻蚀过程SF6流量95.4sccm，C4F8流量3.5sccm；边壁钝化过程SF6流量3.4sccm，C4F8流量91.4sccm；刻蚀与钝化转换周期为22秒；

[0034] 2.2)参照图2(b)和图3(c)，然后去除掩蔽层，获取单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具；其中，薄膜对正标记11转移到单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的模具对正标记4；

[0035] 3)参照图4，翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜：

[0036] 3.1)将疏水处理过的单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具固定在平坦的衬底5上；

[0037] 3.2)将第一垫层6和第二垫层7固定在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的两侧；

[0038] 3.3)再用聚合物8完全涂覆在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具表面，且聚合物8厚度高于第一垫层6和第二垫层7厚度3毫米，所述的聚合物8为PDMS；

[0039] 3.4)然后真空处理去除聚合物8中夹杂的气泡；

[0040] 3.5)使用压板9挤压聚合物8，施加在压板9上的载荷为85Kg，保持22秒；

[0041] 3.6)然后将压板9、聚合物8、第一垫层6、第二垫层7、单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具、衬底5整个加热，加热温度为70℃，保持45分钟使聚合物8固化；

[0042] 3.7)再分离聚合物8和单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜；其中,所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔大端直径D和小端直径d，所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的深度H以及所述聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的倒锥孔的间距L尺寸关系为0.01≥D/H＞0，20≥D/d＞0，0.05≥D/L＞0，第一垫层6和第二垫层7的高度为T1，单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具高度为T2，需满足关系式T1-T2＝t，t是聚合物柔性薄膜背面的厚度，聚合物柔性薄膜的总厚度为t+H。

[0043] 本实施例的效果：

[0044] 参照图5，图5是实施例1制备的单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜正面和背面的增强反射率的测量结果图，测试结果表明该嵌有倒锥孔阵列的聚合物柔性薄膜正面和背面的反射率明显高于纯聚合物柔性薄膜，其中入射光12从背面投射，反射率大于从正面投射。

[0045] 参照图6，图6是双层不同组合实施例1制备的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的增强反射率的测量结果图，测试结果表明组合一反射率增强最大，组合四反射率增强最小；组合二和组合三反射率介于组合一和组合四之间，其中组合二大于组合三。

[0046] 参照图7，图7是1～6层实施例1制备的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜按照图6中组合一的反射率测量结果图；测试结果表明随着聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜层数的增加，其反射率也在增强。

[0047] 参照图8，图8是投射光波长700纳米的情况下，实施例1制备的1～6层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜按照图6中组合一的反射率测量结果图。

[0048] 参照图9，图9是通过施加外力驱使实施例1制备的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜变形实现反射率的调控示意图，通过对聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜的拉伸/挤压方式驱使聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜变形，以此获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜不同反射率的调控。

[0049] 参照图10，图10是通过多层实施例1制备的聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜不同顺序的组合实现反射率的调控示意图，聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜正面和背面的反射率是不同的，通过多层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜之间的不同顺序叠加组合，可以实现聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率的调控。

[0050] 实施例2

[0051] 一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，包括以下步骤：

[0052] 1)制备干法刻蚀所需要的掩蔽层：

[0053] 1.1)参照图1(a)和图3(a)，通过光刻工艺在准备干净的单晶硅片1表面实现光刻胶2的图形化；图形化的光刻胶2包括光刻胶对正标记10；

[0054] 1.2)参照图1(b)，然后通过蒸镀工艺在有光刻胶2图形化的单晶硅片1表面制备一层厚度为200纳米的薄膜3，薄膜3为氧化铝薄膜；

[0055] 1.3)参照图1(c)和图3(b)，然后通过剥离工艺获取薄膜3的图形化，以形成干法刻蚀所需要的掩蔽层；薄膜3包括薄膜对正标记11；

[0056] 2)制备倒锥柱阵列硅模具：

[0057] 2.1)参照图2(a)，将具有薄膜3的单晶硅片1放入干法刻蚀机，在刻蚀过程中通过调控刻蚀参数制备单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，刻蚀参数为：功率105W，反射功率1W，偏压300V，刻蚀过程SF6流量90sccm，C4F8流量2.4sccm；边壁钝化过程SF6流量2.3sccm，C4F8流量
85sccm；刻蚀与钝化转换周期为15秒；

[0058] 2.2)参照图2(b)和图3(c)，然后去除掩蔽层，获取单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具；其中，薄膜对正标记11转移到单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的模具对正标记4；

[0059] 3)参照图4，翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜：

[0060] 3.1)将疏水处理过的单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具固定在平坦的衬底5上；

[0061] 3.2)将第一垫层6和第二垫层7固定在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的两侧；

[0062] 3.3)再用聚合物8完全涂覆在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具表面，且聚合物8厚度高于第一垫层6和第二垫层7厚度2毫米，所述的聚合物8为PUA；

[0063] 3.4)然后真空处理去除聚合物8中夹杂的气泡；

[0064] 3.5)使用压板9挤压聚合物8，施加在压板9上的载荷为50Kg，保持30秒；

[0065] 3.6)将压板9、聚合物8、第一垫层6、第二垫层7、单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具、衬底5整个加热，加热温度为50℃，保持60分钟使聚合物8固化；

[0066] 3.7)分离聚合物8和单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜。

[0067] 本实施例的效果：实施例2制备的单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜、双层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜以及1～6层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率的测试结果均呈增加趋势。

[0068] 实施例3

[0069] 一种可增强光反射柔性薄膜的制造方法，包括以下步骤：

[0070] 1)制备干法刻蚀所需要的掩蔽层；

[0071] 1.1)参照图1(a)和图3(a)，通过光刻工艺在准备干净的单晶硅片1表面实现光刻胶2的图形化；图形化的光刻胶2包括光刻胶对正标记10；

[0072] 1.2)参照图1(b)，然后通过溅射在有光刻胶2图形化的单晶硅片1表面制备一层厚度为1000纳米的薄膜3，薄膜3为氮化硅薄膜；

[0073] 1.3)参照图1(c)和图3(b)，然后通过剥离工艺获取薄膜3的图形化，以形成干法刻蚀所需要的掩蔽层；薄膜3包括薄膜对正标记11；

[0074] 2)制备倒锥柱阵列硅模具：

[0075] 2.1)参照图2(a)，将具有薄膜3的单晶硅片1放入干法刻蚀机，在刻蚀过程中通过调控刻蚀参数制备单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，刻蚀参数为：功率150W，反射功率4W，偏压320V，刻蚀过程SF6流量99.8sccm，C4F8流量5.5sccm；边壁钝化过程SF6流量6.2sccm，C4F8流量96.9sccm；刻蚀与钝化转换周期为30秒；

[0076] 2.2)参照图2(b)和图3(c)，然后去除掩蔽层，获取单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具；其中，薄膜对正标记11转移到单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的模具对正标记4；

[0077] 3)参照图4，翻模制备倒锥孔阵列柔性薄膜：

[0078] 3.1)将疏水处理过的单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具固定在平坦的衬底5上；

[0079] 3.2)将第一垫层6和第二垫层7固定在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具的两侧；

[0080] 3.3)然后用聚合物8完全涂覆在单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具表面，且聚合物8厚度高于第一垫层6、第二垫层7厚度5毫米，所述的聚合物8为POE；

[0081] 3.4)真空处理去除聚合物8中夹杂的气泡；

[0082] 3.5)使用压板9挤压聚合物8，施加在压板9上的载荷为120Kg，保持15秒；

[0083] 3.6)将压板9、聚合物8、第一垫层6、第二垫层7、单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具、衬底5整个加热，加热温度为90℃，保持30分钟使聚合物8固化；

[0084] 3.7)分离聚合物8和单晶硅片1倒锥柱阵列硅模具，获得聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜。

[0085] 本实施例的效果：实施例3制备的单层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜、双层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜以及1～6层聚合物倒锥孔阵列柔性薄膜反射率的测试结果均呈增加趋势。