金属/介质复合三维折叠结构

三维折叠加工工艺是一种利用离子束辐照使平面内的悬空微纳米薄膜图形发生形变，从而与衬底形成一定夹角，获得多种复杂三维立体微纳结构的工艺。这种三维折叠结构可以分为两个组成部分：平面部分和立体部分。物理所微加工实验室利用这一工艺在自支撑金属薄膜上加工出多种三维结构，并研究了其表面等离激元特性。然而，全金属结构存在一系列的问题：由于平面部分也为导电金属，不同立体单元之间以及单元内部会被平面部分短路，因此无法研究单纯立体金属结构以及开口向下谐振环的光学特性。为此，微加工实验室进一步改进了此工艺，利用自支撑氮化硅薄膜取代了自支撑金属薄膜，同时在氮化硅薄膜上预先进行金属图形化，从而以氮化硅为骨架，实现孤立金属图形单元的三维折叠加工。

图1所示为金属/介质复合三维折叠加工的示意图。利用传统的电子束曝光和金属沉积工艺可以在自支撑氮化硅薄膜上获得金属图形，其SEM图如图2a-b所示。接下来，可以采用前述开发的聚焦离子束折叠加工工艺进行三维结构制备，但为了保护表面的金属图形不被聚焦离子束损坏，在折叠加工时我们将样品倒置，从薄膜背面进行加工，首先利用聚焦离子束进行图形切割（图1d），然后扫面悬臂的底部从而获得金属图形完整的三维折叠结构，如图2c-d所示。该结构由不同开口取向的金属谐振环在空间以特殊方式排列组成，可用于研究环磁偶极矩的产生。

图1 金属/介质复合三维折叠结构的加工流程图。

图2 自支撑氮化硅薄膜上的金属图形（a-b）以及三维折叠加工后的结构（c-d）。