纳米空气柱阵列-SiO₂复合超材料的制备和折射率调控

摘要

提出并验证了一种基于二次化学刻蚀宽范围调控折射率并获得超低折射率的新策略.首先，采用多靶磁控共溅射技术制备Ag纳米线阵列-SiO₂复合超材料薄膜，经过一次化学刻蚀工艺去除金属相从而构建了纳米空气柱阵列-SiO₂复合超材料薄膜，引入二次化学刻蚀实现了对纳米空气柱阵列直径的扩孔以增大孔隙率，获得了具有超低折射率（<1.2）的超材料薄膜.利用光谱型椭偏仪和扫描电子显微镜对薄膜的光学性能与微观结构进行了表征，并基于各向异性有效介质理论（EMA）模型对椭偏参数Ψ和Δ进行拟合，得出孔隙率与各向异性折射率的对应关系，明确了一次刻蚀可实现的最低折射率水平.探讨和总结出二次刻蚀时间与刻蚀液浓度对折射率变化的影响规律.所提出的超低折射率调控方法具有良好的工艺可重复性，实现了寻常折射率在1.367～1.159之间，异常折射率在1.392～1.191宽范围内的可控制备.

关键词

超材料薄膜 / 低折射率 / 纳米空气柱阵列 / 化学刻蚀 / 磁控溅射

基金资助

浙江省尖兵科技计划项目(批准号:2024C01243(SD2)); 宁波市自然科学基金(批准号:2021J201)资助