用于扁平光学器件的空隙封装介电纳米支柱的制作方法

1.本公开内容的实施方式一般涉及光学器件。更明确地，本文描述的实施方式涉及扁平光学器件和形成扁平光学器件的方法。

背景技术：

2.扁平光学器件包括支柱的布置，这些支柱的平面内尺寸小于光的设计波长的一半，并且平面外尺寸约为或大于设计波长。扁平光学器件可以由单层或多层纳米结构柱组成。扁平光学器件的支柱需要封装，以充当保护层，并在多层布置的连续层之间充当间隔物层。然而，对于纳米结构的扁平光学器件来说，填充高深宽比的开口通常是有挑战性的，并且会导致间隙填充不均匀。此外，支柱的封装增加了支柱的高度，因此增加了扁平光学器件的总厚度。扁平光学器件的总厚度的增加降低了传输效率并增加了制造复杂性和成本。因此，本领域需要的是改进的扁平光学器件及形成扁平光学器件的方法。

技术实现要素：

3.在一个实施方式中，提供一种器件。器件包括基板。基板具有在其上形成的第一多个支柱的第一布置。第一多个支柱的第一布置包括具有高度h和横向距离d的支柱，以及与第一多个支柱中的相邻支柱之间的距离相对应的间隙g。间隙g与高度h的深宽比在约1：1和约1:20之间。第一封装层设置在第一多个支柱的第一布置上。第一封装层的折射率为约1.0至约1.5。第一封装层、基板与第一布置的每个支柱在它们之间界定第一空间。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。
4.提供一种器件。器件包括基板。基板具有在其上形成的第一多个支柱的第一布置。第一多个支柱的第一布置包括具有高度h和横向距离d的支柱，以及与第一多个支柱中的相邻支柱之间的距离相对应的间隙g。间隙g与高度h的深宽比在约1：1和约1:20之间，其中间隙g由含二氧化硅的气凝胶材料组成，该材料在含二氧化硅的材料中具有纳米级孔隙，含二氧化硅气凝胶材料具有设置于具有深宽比的间隙g中的间隙填充部分。第一封装层设置在第一多个支柱的第一布置上。第一封装层的折射率为约1.0至约1.5。第一封装层、基板与第一布置的每个支柱在它们之间界定第一空间。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。
5.在又另一个实施方式中，提供一种方法。第一多个支柱的第一布置包括具有高度h和横向距离d的支柱，以及与第一多个支柱中的相邻支柱之间的距离相对应的间隙g。间隙g与高度h的深宽比在约1：1和约1:20之间。沉积含二氧化硅的气凝胶材料。沉积含二氧化硅的气凝胶材料包括含二氧化硅的气凝胶材料形成处理，以在含二氧化硅的气凝胶材料中形成纳米级孔隙。含二氧化硅气凝胶材料具有间隙填充部分与封装部分，间隙填充部分设置于具有深宽比的间隙g中而封装部分设置于间隙填充部分与第一多个支柱的第一布置上。
附图说明
6.为了可以详细地理解本公开内容的上述特征，可以通过参考实施方式而对上方简
要概述的本公开内容进行更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了示范性实施方式，并且因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开内容可以允许其他等效的实施方式。
7.图1a是根据本文描述的实施方式的扁平光学器件的示意性透视图。
8.图1b是根据本文描述的实施方式的层堆叠的示意性横截面图。
9.图1c是根据本文描述的实施方式的层堆叠的支柱布置的示意性俯视图。
10.图1d-1f是根据本文描述的实施方式的层堆叠的示意性横截面图。
11.图2是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法的流程图。
12.图3a-3d是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法期间的基板的示意性横截面图。
13.图4a与图4b是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法的流程图。
14.图5a-5g是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法期间的基板的示意性横截面图。
15.图6是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法的流程图。
16.图7a-7c是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法期间的基板的示意性横截面图。
17.图8是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法的流程图。
18.图9a与9b是根据本文描述的实施方式形成扁平光学器件的方法期间的基板的示意性横截面图。
19.为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可以预期一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
20.本文描述的实施方式涉及扁平光学器件和形成扁平光学器件的方法。一个实施方式包括基板，该基板具有在其上形成的第一多个支柱的第一布置。第一多个支柱的第一布置包括具有高度h和横向距离d的支柱，以及与第一多个支柱中的相邻支柱之间的距离相对应的间隙g。间隙g与高度h的深宽比在约1：1和约1:20之间。第一封装层设置在第一多个支柱的第一布置上。第一封装层的折射率为约1.0至约1.5。第一封装层、基板与第一布置的每个支柱在它们之间界定第一空间。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。
21.图1a是具有至少一个层堆叠101a、101b的扁平光学器件100的示意性透视图。图1b是层堆叠101a的示意性横截面图。图1c是层堆叠101a的支柱104的布置的示意性俯视图。扁平光学器件100包括至少一个层堆叠101a、101b。虽然可以参考层堆叠101a讨论本文描述的器件和方法的方面，但是应当理解，本文描述的器件和方法的态样相似地适用于层堆叠101b。为了清楚起见，在本文提供的图中的层堆叠101b的布置的附图标记可以省略。
22.在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，扁平光学器件100是包括层堆叠101a的单一层堆叠光学器件。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，扁平光学器件100是包括层堆叠101a与一个或多个层堆叠101b的多层堆叠光学器件。层堆叠101a包括设置在基板102的表面上的多个支柱104a的布置和封装层106a。在
多层堆叠光学器件的实施方式中，一个或多个层堆叠101b的第一层堆叠设置于层堆叠101a上。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，层堆叠101b的第一层堆叠包括设置于封装层106a上多个支柱104b的布置。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，层堆叠101b的第一层堆叠的多个支柱104b的布置设置在间隔物层(未图示)上，间隔物层设置于封装层106a上。在包括间隔物层的实施方式中，间隔物层可用于为多个支柱104b的布置提供支撑，并且根据扁平光学器件100的光学功能而具有指定的厚度。
23.多个支柱104a、104b的布置包括具有高度h和横向距离d的支柱104a、104b。支柱104a的高度h被定义为从基板102的表面到封装层106a的距离。支柱104b的高度h被定义为从封装层106a和设置在封装层106a上的间隔物层(未图示)到封装层106b的距离。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一实施方式中，支柱104a、104b的横截面是正方形和/或矩形，并且支柱104a、104b的横向距离d对应于支柱104a、104b的宽度。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一实施方式中，支柱104a、104b的横截面是圆形而支柱104a、104b的横向距离d对应于支柱104a、104b的直径。间隙g是支柱104a、104b的相邻柱之间的距离。在一个实施方式中，多个支柱104a、104b的每个布置的深宽比(g：h)在约1：1.5至约1:10之间。在另一个实施方式中，多个支柱104a、104b的每个布置的深宽比(g：h)在约1：1.5至约1:2.5之间。在又另一个实施方式中，多个支柱104a、104b的每个布置的深宽比(g：h)在约1：1至约1:20之间。
24.横向距离d和间隙g小于操作波长的一半。操作波长对应于波长或波长范围。在一个实例中，波长或波长范围包括在uv区域至近红外区域中的一个或多个波长(即，从约300nm至约1500nm)。因此，例如，在700nm的波长下，距离d和间隙g小于350nm。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，多个支柱104a中的每个支柱的横向距离d基本相同。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，至少一个支柱的横向距离d不同于多个支柱104a中的另外支柱的横向距离d。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，多个支柱104a的每个相邻支柱的间隙g基本相同。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，至少一组相邻支柱的间隙g不同于多个支柱104a中的另外组相邻支柱的间隙g。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，多个支柱104b的布置对应于(即，匹配)多个支柱104a的布置。在可以与本文描述的其他实施方式结合的其他实施方式中，多个支柱104b的布置与多个支柱104a的布置不对应。
25.可以选择基板102以在操作波长下透射光。没有限制，在一些实施方式中，基板102被配置为使得基板102透射光谱的uv区大于或等于约50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％。基板102可以由任何合适的材料形成，只要基板102可以适当地透射操作波长的光并且可以用作至少多个支柱104a的布置和封装层106a的适当支撑即可。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，与在每个支柱104a、104b中使用的材料的折射率相比，基板102的材料具有相对较低的折射率。基板选择可以包括任何合适材料的基板，包括但不限于半导体、掺杂的半导体、非晶电介质、非非晶电介质、结晶电介质、氧化硅、聚合物及其组合。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板102包括透明材料。基板102是透明的，吸收系数小于0.001。实例可包括但不限于氧化物、硫化物、磷化物、
碲化物及其组合。在一个实例中，基板102包括含二氧化硅(sio2)的材料。
26.支柱104a、104b包括材料不限于二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、掺杂铝的氧化锌(azo)、掺杂氟的氧化锡(fto)、锡酸镉(氧化锡)(cto)、锡酸锌(氧化锡)(snzno3)与含硅材料。含硅材料可包括下列的至少一者：含有氮化硅(si3n4)或非晶硅(a-si)的材料。支柱104a、104b可以具有约1.8或更大的折射率，并且吸收系数小于0.001。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，封装层106a、106b的折射率为约1.0至约1.5。封装层106a、106b的吸收系数小于0.001。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，封装层106a、106b和基板102包括基本相同的材料。在一个实施方式中，保形封装层306a的厚度为约2nm至约100nm。在另一个实施方式中，封装层106a的厚度小于50μm。在另一个实施方式中，封装层306a的厚度为约1μm至约2μm。
27.封装层106a、106b的材料和尺寸在本文提供的方法中进一步描述。利用本文中描述的封装层106a、106b的材料、尺寸和处理，以及与间隙g相对应的空间108的组成，可以使支柱104a、104b的高度h约为1500nm或更小。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，支柱104a、104b的高度h为约500nm或更小。支柱104a、104b的高度h减小了层堆叠101a、101b的厚度110a、110b以及扁平光学器件100的总厚度。与裸露的光学器件相比，由于阻抗匹配和器件对称性的原因，降低了扁平光学器件100的总厚度，从而提高了传输效率，并降低了制造复杂性和成本。
28.对应于间隙g的空间108的组成包括空气或透明材料107(如图1d-1f所示)中的至少一者，空气的折射率为1.0而吸收系数为0，而透明材料107的吸收系数小于0.001。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，空间108的组成的透明材料107的折射率具有约1.0至约1.5的折射率。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，透明材料107包括含二氧化硅材料或不含二氧化硅材料(例如含聚合物材料，例如含氟聚合物材料)中的一者。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，透明材料107包括含氟材料，例如氟化铝(alf3)和氟化镁(mgf2)。
29.如图1d中所示，在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，层堆叠101a的封装层106a包括透明材料107，并且空间108的组成包括空气(折射率为1.0)。在图1d的实施方式的一些实施方式中，透明材料107的折射率为约1.0至约1.5。支柱104a的高度h随着透明材料107的折射率减小而减小。图1d的实施方式的一个例子包括图3c、5d和5f的层堆叠101a。
30.如图1e中所示，在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，层堆叠101a的封装层106a包括透明材料107，并且空间108的组成包括透明材料107。在图1e的实施方式的一些实施方式中，透明材料107的折射率为约1.0至约1.5。支柱104a的高度h随着透明材料107的折射率减小而减小。例如，在一些实施方式中，具有包括空气的空间108的组成的图1d的实施方式导致较低的高度h。图1e的实施方式的一个实例包括图7b的层堆叠101a。
31.如图1f中所示，在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，保形封装层106a设置在多个支柱104a上。在一些实施方式中，保形封装层106a填充空间108。在其他实施方式中，保形封装层106a不填充空间108，使得空间108的组成包括透明材料107和空气。除了随着透明材料107的折射率的减小而使支柱104a的高度h减小之外，包括透明
材料107和空气的空间108的组成可以减小支柱104a的高度h。在图1d的实施方式的一些实施方式中，透明材料107的折射率为约1.0至约1.5。支柱104a的高度h随着透明材料107的折射率减小而减小。图1d的实施方式的一个实例包括图9b的层堆叠101a。
32.在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，图1d-1e的实施方式的透明材料107包括含二氧化硅材料或不含二氧化硅材料(例如含聚合物材料，例如含氟聚合物材料)中的一者。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，图1d-1e的实施方式的透明材料107包括含二氧化硅的气凝胶材料。含二氧化硅的气凝胶材料包括纳米级孔隙，以在空间108中提供气隙。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，含二氧化硅的气凝胶材料具有对应于纳米级气隙的约95％或更大的孔隙度。含二氧化硅的气凝胶材料的纳米级孔隙度降低了二氧化硅的折射率。减小的折射率减小高度h。含二氧化硅的气凝胶材料是疏水性以保护支柱104a免受外部因素的影响。
33.图2是形成如图3a-3d所示的扁平光学器件100的方法200的流程图。在操作201，在基板102的表面上形成多个支柱104a的布置。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，形成多个支柱104a的布置的步骤包括：在基板102的表面上方设置支柱材料301，并去除支柱材料301的一部分以形成沟槽302。沟槽302对应于支柱104a的间隙g(包括扁平光学器件100的空间108)，沟槽的其余部分对应于横向距离d，而支柱材料301的厚度对应于高度h。
34.在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，支柱材料301包括氧化物。在可选操作202处，将衬里304设置在无氧化物的支柱104a上。衬里304保护支柱104a免于来自设置封装层306a的氧化，封装层306a包括含氧化物材料，例如二氧化硅。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，衬里304的折射率为约1.0至约1.5。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，衬里304的厚度为约1nm至约100nm。衬里304可通过原子层沉积(ald)(例如，快速ald)而设置。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，包含二氧化硅的衬里304通过包括tma(alme3)和(
t
buto)3sioh的交替流动的ald处理而保形地设置在支柱104a上。每个tma(alme3)和(
t
buto)3sioh流动周期形成一个子层，其厚度约为12nm(大于32个单层)。
35.在操作203，将与封装层106a对应的封装层306a设置在支柱104a上。设置封装层306a可包括但不限于化学气相沉积(cvd)、等离子体增强cvd(pecvd)、ald、快速ald、喷涂或旋涂。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，封装层306a的厚度为约1μm至约10μm。在可以与本文描述的其他实施方式结合的另一个实施方式中，封装层306a的厚度为约1μm至约2μm。操作201-203形成包括层堆叠101a的单层堆叠扁平光学器件100。在操作204，重复至少操作201-203至少一次以形成具有层堆叠101a和至少一个层堆叠101b的多层堆叠光学器件。层堆叠101b至少包括封装层306a、多个支柱104b的布置以及封装层306b。经由操作201形成的多个支柱104b的布置被设置在封装层306a和设置在封装层306a上的间隔物层(未图示)的一者上。
36.图4a是形成如图5a-5e所示的扁平光学器件100的方法400a的流程图。图4b是形成如图5a-5e所示的扁平光学器件100的方法400b的流程图。在方法400a和方法400b的操作401a、401b中，如方法200的操作201中所述，多个支柱104a的布置形成在基板102的表面上。在操作402a，将要去除的牺牲材料504a沉积在沟槽302中。在可以与本文描述的其他实施方
式结合的一个实施方式中，通过热线(hot-wire)cvd(hwcvd)、pecvd、或电感耦合(icpcvd)沉积牺牲材料504a。在操作402b，将要减小面积的间隙填充材料504b沉积在沟槽302中。
37.在操作403a、403b，与封装层106a相对应的封装层306a被设置在支柱104a以及牺牲材料504a和间隙填充材料504b的一者上。设置封装层306a可包括但不限于非流动化学气相沉积(cvd)、ald、快速ald、pecvd、喷涂或旋涂。在操作404a，去除牺牲材料504a。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，经由热退火去除牺牲材料。在操作404b中，间隙填充材料504b减小了空间108中的区域506，使得间隙g包括间隙填充材料504b，该间隙填充材料504b具有设置在区域506中的中心气隙503。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，经由热固化(例如，热固化)、化学还原和uv处理(例如，uv固化)减少了间隙填充材料504b。操作401a-404a、401b-404b形成包括层堆叠101a的单层堆叠扁平光学器件100。在操作405a、405b，重复操作401a-404a、401b-404b至少一次，以形成具有层堆叠101a和至少一个层堆叠101b的多层堆叠光学器件。层堆叠101b至少包括封装层306a、多个支柱104b的布置以及封装层306b。
38.图6是形成如图7a-7c所示的扁平光学器件100的方法600的流程图。在操作601，如方法200的操作201中所述，多个支柱104a的布置形成在基板102的表面上。在操作602，将含二氧化硅的气凝胶材料702a设置在多个支柱104a上。操作601和602形成包括层堆叠101a的单层堆叠扁平光学器件100。含二氧化硅的气凝胶材料702a的间隙填充部分704a设置在对应于支柱104a的间隙g的沟槽302中(包括扁平光学器件100的空间108)。含二氧化硅的气凝胶材料702a的封装部分706a设置在多个柱104a和间隙填充部分704a上。封装部分706b对应于封装层306b。
39.在操作603，重复操作601和602至少一次以形成具有层堆叠101a和至少一个层堆叠101b的多层堆叠光学器件。层堆叠101b至少包括封装层306a、多个支柱104b的布置以及封装层306b。经由操作601形成的多个支柱104b的布置被设置在封装层306a和设置在封装层306a上的间隔物层(未图示)的一者上。含二氧化硅的气凝胶材料702b的封装部分706b对应于封装层306b。含二氧化硅的气凝胶材料702b的间隙填充部分704b设置在沟槽302中。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，封装层306a、306b(即，封装部分706a、706b)的厚度为约1μm至约2μm。含二氧化硅的气凝胶具有约1.0至约1.10的折射率和小于0.001的透射系数。含二氧化硅的气凝胶材料包括纳米级孔隙，以在空间108中提供气隙。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，含二氧化硅的气凝胶材料具有对应于纳米级气隙的约95％或更大的孔隙度。含二氧化硅的气凝胶材料的纳米级孔隙度降低了固体二氧化硅的折射率。
40.含二氧化硅的气凝胶材料是由含二氧化硅的气凝胶材料形成处理所形成的。形成处理包括前驱物制备处理、沉积处理或超临界干燥处理。前驱物制备处理包括制备二氧化硅熔胶凝胶。通过添加催化剂至溶剂中的二氧化硅前驱物溶液来制备熔胶(即，溶液)。二氧化硅前驱物的实例包括(但不限于)正硅酸乙酯(teos)、正硅酸甲酯(tmos)、甲基三甲氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、硅键(silbond)h-5或聚乙氧基二硅氧烷(peds)。催化剂的实例包括(但不限于)(hf)、氯化氢(hcl)、硝酸(hno3)、硫酸(h2so4)、草酸(c2h2o4)、醋酸(ch3cooh)、三氟乙酸(tfa)或氢氧化铵(nh4oh)。溶剂前驱物的实例包括(但不限于)甲醇、乙醇和异丙醇。通过使溶液老化来制备凝胶，溶液老
化可通过交联将溶液增强为溶胶-凝胶。溶胶-凝胶的老化保持了干燥至超临界干燥的收缩率。
41.沉积处理包括经由旋涂、浸涂或喷涂中的一种来设置溶胶-凝胶。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，在沉积处理期间，基板102绕基板的中心轴103转动(即旋转)。基板102绕中心轴103旋转，使得多个支柱104a、104b的布置的深宽比在约1：1.5与约1:10之间，约1：1.5与约1:2.5之间，或约1：1.1与约1:20之间。沟槽302由即将设置的含二氧化硅的气凝胶材料702a、702b的间隙填充部分704a、704b填充。旋转速率可以在沉积处理期间改变。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，封装部分706a、706b的形成期间的旋转速度比间隙填充部分704a、704b的旋转速度低。干燥处理去除溶剂以形成具有纳米级孔隙度的含二氧化硅的气凝胶材料，从而在空间108中提供气隙。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，干燥处理包括(但不限于)超临界co2干燥、冷冻干燥和压力干燥(如常压干燥)中的一者或多者。
42.图8是形成如图9a与9b中所示的扁平光学器件100的方法800的流程图。在操作801，如方法200的操作201中所述，多个支柱104a的布置形成在基板102的表面上。在操作802，将保形封装层306a设置在多个支柱104a上。设置保形封装层306a可包括(但不限于)cvd、pecvd、ald、快速ald与热氧化。在一个实施方式中，保形封装层306a的厚度为约2nm至约100nm。在另一个实施方式中，封装层306a的厚度小于50μm。在另一个实施方式中，封装层306a的厚度为约1μm至约2μm。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，保形封装层306a的折射率为约1.0至约1.5。
43.总而言之，本文描述的实施方式提供了扁平光学器件和形成扁平光学器件的方法。光学器件的一个实施方式是包括一个层堆叠的单层堆叠扁平光学器件。层堆叠包括设置在基板表面上的第一多个支柱的第一布置和第一封装层。光学器件的另一实施方式是包括第一层堆叠和在其上形成的第二层堆叠的多层堆叠光学器件。一个或多个层堆叠的第二层堆叠设置在第一层堆叠上。第二层堆叠包括配置在第一封装层和配置在第一封装层上的间隔物层的一者上的第二多个支柱的第二布置。本文所述的封装层的材料、尺寸和处理以及与间隙g相对应的空间的组成提供了约1500nm或更小(在一些实施方式中，为500nm或更小)的支柱的高度h。支柱的高度h减小了层堆叠的厚度和扁平光学器件的总厚度。与裸露的光学器件相比，由于阻抗匹配和器件对称性的原因，降低了扁平光学器件的总厚度，从而提高了传输效率，并降低了制造复杂性和成本。
44.尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由随附权利要求书确定。

技术特征：

1.一种器件，包括：基板，所述基板具有形成于所述基板上的第一多个支柱的第一布置，所述第一多个支柱的所述第一布置包括：支柱，具有高度h与横向距离d；和间隙g，对应于所述第一多个支柱的相邻支柱之间的距离，其中所述间隙g与所述高度h的深宽比在约1：1与约1：20之间；和第一封装层，设置在所述第一多个支柱的所述第一布置上，所述第一封装层的折射率为约1.0至约1.5，其中所述第一封装层、所述基板与所述第一布置的所述支柱的各个支柱在所述第一封装层、所述基板与所述第一布置的所述支柱的各个支柱之间界定第一空间，所述第一空间的折射率为约1.0至约1.5。2.如权利要求1所述的器件，其中所述相邻支柱之间的所述间隙g在所述第一封装层、所述基板与所述相邻支柱所界定的所述空间中包括空气或透明材料的至少一者，所述透明材料的吸收系数小于0.001。3.如权利要求2所述的器件，其中所述透明材料包括含二氧化硅的气凝胶材料，所述含二氧化硅的气凝胶材料具有形成在所述含二氧化硅的气凝胶材料中的纳米级孔隙。4.如权利要求3所述的器件，其中所述透明材料与所述第一封装层基本上由相同的材料组成。5.如权利要求2所述的器件，其中所述透明材料包括含氟材料或含二氧化硅材料。6.如权利要求2所述的器件，其中所述间隙g具有气隙，所述气隙设置于所述透明材料的中心开口中。7.如权利要求1所述的器件，其中衬里设置在所述支柱上。8.如权利要求7所述的器件，其中所述衬里的厚度为约1纳米(nm)至约200nm。9.如权利要求1所述的器件，进一步包括：第二多个支柱的第二布置，形成在所述第一封装层上，所述第二多个支柱的所述第二布置包括：支柱，具有所述高度h与所述横向距离d；和所述间隙g，对应于所述第二多个支柱的相邻支柱之间的距离，其中所述间隙g与所述高度h的深宽比在约1：1与约1：20之间；和第二封装层，设置在所述第二多个支柱的所述第二布置上，所述第二封装层的所述折射率为约1.0至约1.5，其中所述第二封装层、所述第一封装层与所述第二布置的所述支柱的各个支柱在所述第二封装层、所述第一封装层与所述第二布置的所述支柱的各个支柱之间界定第二空间，所述第二空间的折射率为约1.0至约1.5。10.如权利要求1所述的器件，其中所述支柱包括下列的一者或多者：二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、掺杂铝的氧化锌(azo)、掺杂氟的氧化锡(fto)、锡酸镉(氧化锡)(cto)、锡酸锌(氧化锡)(snzno3)、或含硅材料。11.一种器件，包括：基板，所述基板具有形成于所述基板上的第一多个支柱的第一布置，所述第一多个支柱的所述第一布置包括：支柱，具有高度h与横向距离d；和
间隙g，对应于所述第一多个支柱的相邻支柱之间的距离，其中所述间隙g与所述高度h的深宽比在约1：1与约1：20之间，其中所述间隙g由含二氧化硅的气凝胶材料所组成，所述含二氧化硅的气凝胶材料具有纳米级孔隙于所述含二氧化硅材料中，所述含二氧化硅的气凝胶材料具有：间隙填充部分，设置在具有所述深宽比的所述间隙g中；和第一封装层，设置在所述第一多个支柱的所述第一布置上，所述第一封装层的折射率为约1.0至约1.5，其中所述第一封装层、所述基板与所述第一布置的所述支柱的各个支柱在所述第一封装层、所述基板与所述第一布置的所述支柱的各个支柱之间界定第一空间，所述第一空间的折射率为约1.0至约1.5。12.如权利要求11所述的器件，其中所述间隙小于350纳米(nm)。13.如权利要求11所述的器件，其中所述高度h为约1500nm或更小。14.如权利要求11所述的器件，其中所述第一封装层的厚度小于50微米(μm)。15.如权利要求11所述的器件，进一步包括：第二多个支柱的第二布置，形成在所述第一封装层上，所述第二多个支柱的所述第二布置包括：支柱，具有所述高度h与所述横向距离d；和所述间隙g，对应于所述第二多个支柱的相邻支柱之间的距离，其中所述间隙g与所述高度h的深宽比在约1：1与约1：20之间；和第二封装层，设置在所述第二多个支柱的所述第二布置上，所述第二封装层的所述折射率为约1.0至约1.5，其中所述第二封装层、所述第一封装层与所述第二布置的所述支柱的各个支柱在所述第二封装层、所述第一封装层与所述第二布置的所述支柱的各个支柱之间界定第二空间，所述第二空间的折射率为约1.0至约1.5。16.如权利要求11所述的器件，其中所述支柱包括下列的一者或多者：二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、掺杂铝的氧化锌(azo)、掺杂氟的氧化锡(fto)、锡酸镉(氧化锡)(cto)、锡酸锌(氧化锡)(snzno3)、或含硅材料。17.一种方法，包括以下步骤：在基板的表面上形成第一多个支柱的第一布置，所述第一多个支柱的所述第一布置包括：支柱，具有高度h与横向距离d；和间隙g，对应于所述第一多个支柱的相邻支柱之间的距离，其中所述间隙g与所述高度h的深宽比在约1：1与约1：20之间；和沉积含二氧化硅的气凝胶材料，所述沉积所述含二氧化硅的气凝胶材料的步骤包括含二氧化硅的气凝胶材料形成处理以在所述含二氧化硅的气凝胶材料中形成纳米级孔隙，所述含二氧化硅的气凝胶材料具有：间隙填充部分，设置在具有所述深宽比的所述间隙g中；和封装部分，设置在所述间隙填充部分与所述第一多个支柱的所述第一布置上。18.如权利要求17所述的方法，其中所述支柱包括下列的一者或多者：二氧化钛(tio2)、氧化锌(zno)、二氧化锡(sno2)、掺杂铝的氧化锌(azo)、掺杂氟的氧化锡(fto)、锡酸镉(氧化锡)(cto)、锡酸锌(氧化锡)(snzno3)、或含硅材料。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述含二氧化硅的气凝胶材料形成处理包括以下步骤：通过添加催化剂至溶剂中的二氧化硅前驱物溶液来制备二氧化硅熔胶凝胶；老化所述溶液；设置所述熔胶凝胶；和移除所述溶剂以形成所述含二氧化硅的气凝胶材料。20.如权利要求19所述的方法，其中所述二氧化硅前驱物包括下列的一者或多者：正硅酸乙酯(teos)、正硅酸甲酯(tmos)、甲基三甲氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、聚乙氧基二硅氧烷(peds)、(hf)、氯化氢(hcl)、硝酸(hno3)、硫酸(h2so4)、草酸(c2h2o4)、醋酸(ch3cooh)、三氟乙酸(tfa)或氢氧化铵(nh4oh)。

技术总结

本文描述的实施方式涉及扁平光学器件和形成扁平光学器件的方法。一个实施方式包括基板，该基板具有在其上形成的第一多个支柱的第一布置。第一多个支柱的第一布置包括具有高度h和横向距离d的支柱，以及与第一多个支柱中的相邻支柱之间的距离相对应的间隙g。间隙g与高度h的深宽比在约1：1和约1:20之间。第一封装层设置在第一多个支柱的第一布置上。第一封装层的折射率为约1.0至约1.5。第一封装层、基板与第一布置的每个支柱在它们之间界定第一空间。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。第一空间的折射率为约1.0至约1.5。