优化掩模分布改善数字光刻图形轮廓

基于数字微反镜(DMD)的无掩模数字光刻系统可用于IC掩模制作或育接作为微结构的加工工具,有着广泛的应用前景.但理沦和实验均发现基于DMD数宁光刻系统加工连续表面微结构元件时,往往难以获得预期的图形轮廓,加工出的图形表面具有规则的振荡起伏.在深入探讨DMD灰度图形传递的基础上,分析了空间像畸变产生的物理机制,并提出用模拟退火算法来优化掩模图形,在5%的相对曝光量偏差范围内模拟表明优化有效地消除了表面起伏,最后利用优化的掩模实验加工出表面轮廓比较良好的轴锥镜阵列.该方法能有效改善面形质量,而且不存在掩模制作等问题,这对于制作高质量的微结构元件有重要意义.     

金锥-聚合物球壳靶制备初步研究

 报道了研制快点火物理实验用带金锥固体球壳靶时，采用多次乳化技术制备聚合物空心微球，精密车床加工和电镀技术制备金锥，精密加工实现聚合物微球表面打孔的工艺。窄分布聚苯乙烯制备的空心微球直径与壁厚分布较窄。电镀液的配方、pH值、镀前处理、尖端效应等对镀层的表面质量和镀层与芯轴之间的结合力有重要的影响。采用精密车床加工可以在聚合物微球表面获得直径约120 μm的孔，初步实现金锥与聚合物微球的连接。     

无衍射光的干涉实验与理论分析

分析了两束无衍射光的干涉场分布形式和干涉条纹轨迹。将一束单色光入射两小孔产生的两束相干光照射轴锥镜,在轴锥镜后将产生两束无衍射光。根据单束倾斜光入射轴锥镜的无衍射理论,分析出这两束无衍射光产生的干涉场为每束无衍射光的无衍射场的线性叠加。利用零阶贝塞尔函数的零点公式,推导出两束无衍射光的干涉条纹的轨迹为双曲线。计算结果表明,干涉场中两中心的间距与两孔实际的间距和干涉场距轴锥镜的距离成正比。实验结果与理论仿真相一致。     

轴锥镜光强分布的角谱衍射数值分析法

针对理论上推导轴锥镜的衍射光场分布解析式较为困难,且用菲涅耳衍射理论分析时存在近轴近似及不能适用于近场衍射光场分析的问题,采用了严格遵从标量衍射亥姆霍兹方程的角谱衍射波前重建方法,对轴锥镜在单色和准单色高斯光波照射下的横向和轴向衍射光强分布特性,以及在单色均匀平面光波照射下的轴向衍射光强分布进行了数值计算和分析。结果表明,轴锥镜后单色光衍射光强分布在几何光束重叠的菱形区域内为近似无衍射贝塞尔光强分布,轴上光强沿光轴方向呈振荡变化,轴上光强分布规律与入射光波的垂轴横向光强分布有关;入射光的准单色性使得贝塞尔衍射条纹对比度略下降、轴上光强沿光轴方向振荡程度减小,但分布规律与单色光一致。     

基于圆锥透镜生成双级无衍射光束的理论分析

为进一步完善多级无衍射光束的传输与转换理论，基于轴锥镜法和菲涅耳衍射理论对双级无衍射光束的光场分布做了详细理论分析，采用数值模拟软件对双级无衍射光束的空间光强分布与轴上光强分布进行仿真；基于锥镜加工工艺对锥镜顶点和一、二级锥镜临界点呈双曲线分布的双级轴棱锥透镜的光场分布进行研究，分析了双级无衍射光场的场强大小和影响光场振荡周期的因素。结果表明:理想双级轴棱锥透镜生成的无衍射光场由4个区域组成，在干涉重合区其光强为一、二级轴棱锥衍射场的耦合叠加，其余区域仍保持单级无衍射光场分布特性；锥镜顶点和一、二级锥镜临界点呈双曲线分布的双级轴棱锥透镜的光场分布受双曲线特征参数影响较大。其特殊的光场分布为多级无衍射光束拓展至大尺寸空间测量以及粒子微操作等提供了新的可能。     

熔融光纤器件熔锥区的形貌和微观结构研究

熔锥型光纤器件的光学性能由熔锥区的微观结构和形貌决定,而微观结构和形貌又由工艺条件决定。为了分析工艺条件对微观结构与形貌的影响机理及规律,以不同拉锥速度制作的耦合器为测试样,用显微红外光谱仪测试了其熔区和锥区的波数,用扫描电子显微镜观察了其相应点的表面形貌。经多次实验发现:在1100 cm-1和810 cm-1左右有两个明显的特征峰;1100 cm-1特征峰在锥区的波数最高,熔区次之,裸光纤最小;且随着拉锥速度的增大,1100 cm-1特征峰移向高波数。在光纤耦合器的锥区,存在微裂纹,随着拉锥速度增大,微裂纹越明显;在光纤耦合器的熔区,光纤表面析出了微小晶粒,且拉锥速度越小,晶粒越粗大。只有在适当的拉锥速度下(这里为150μm/s),熔区和锥区的结构与裸光纤的微观结构接近,且缺陷最少,才能获得较高质量的光纤耦合器。     

由轴锥镜折射阴影区产生的泊松衍射斑

为完善轴锥镜衍射场分布描述与认识,根据积分渐进理论处理了含大数且稳相点不在积分域中的衍射场积分函数,获得了轴锥镜折射阴影区的近轴域衍射场的近似解析解,且发现了该衍射场分布服从泊松散射分布这一新奇的现象。实验结果表明:在其阴影近轴区域的光强分布很好地服从零阶贝塞尔函数,并且中心光斑直径正比于传播距离,但其强度随纵面传播而衰减。由于照射光束与衍射斑的直径都随传播距离线性增大,二者永远不会重叠,所以理论上这个泊松衍射可传播到无穷远。相对于传统的圆屏衍射实现方式,轴锥镜透镜为超远距离空间中泊松衍射斑的产生提供了一种新的、更便捷的方法。     

基于锥镜和振幅调制的马蒂厄光束生成

基于锥镜的相位调制作用和胶片的振幅调制功能,提出了一种能精确高效产生无衍射马蒂厄光束的方案。利用稳相技术,证明了该方案产生马蒂厄光束的理论机制。利用胶片输出仪制作了具有角向马蒂厄函数分布的振幅调制胶片,在实验上精准地产生了一簇马蒂厄光束。理论和实验结果表明,基于锥镜和振幅调制产生马蒂厄光束的方法简单、高效、灵活。     

轴锥镜成像系统的点扩散函数分析

 为了使大景深光学镜头在工业视觉检测中的测量结果更准确,必须对中间图像进行复原,点扩散函数是图像复原的关键。根据轴锥镜最大无衍射距离公式设计了无衍射成像系统,以标量衍射理论为基础,在频域范围内利用稳定相法推导出系统的点扩散函数公式。利用准单色光理论,分析非相干光照明下的点扩散函数与锥镜夹角和离焦量的关系。仿真和实验结果表明：轴锥镜夹角越大,点扩散函数中心光强越强,衍射条纹越密;离焦像差对点扩散函数的影响与之相反。     

用离子束刻蚀法制作层状液相外延脊型磁光波导

改变基片转速,连续外延生长了双层磁光薄膜,其折射率之差小于10^-2用NiCr膜作掩膜,在双层磁光薄膜进行离子束刻蚀,制作了宽度为20μm,长度为6mm,高度为的0.9μm的脊形波导,并在此波导上进行了光传输实验。     

石英微透镜阵列的制作研究

叙述了采用氩离子束刻蚀的方法制作线列长方形拱面石英微透镜阵列.所制单元石英微透镜底部的外形尺寸为(300×106)um²,平均冠高7.07μm,平均曲率半径202.19μm,平均焦距404.38μm,平均F₂数为3.82,平均光焦度2.47×10³屈光度,扫描电子显微镜和表面探针测试表明,所制线列石英微透镜阵列的图形整齐均匀,单元长方形拱面石英微透镜的轮廓清晰,表面光滑平整.所制微透镜阵列用于高T_c超导红外探测器阵列的实验证实,微透镜的引入可以显著改善超导探测器的光响应特性.     

硬X射线相位光栅的设计与研制

针对在普通实验室和医院实现40—100keVX射线相衬成像的需求,考虑到成像系统参数、X射线源空间相干特性及光栅衍射效率,设计出硅基相位光栅结构参数.利用我们已发展的光助电化学刻蚀技术研制出直径为5英寸的相位光栅,其空间周期为5.6μm,线宽为2.8μm,深度为40—70μm.在理论分析的基础上,通过提高硅片两端有效工作电压和修正Lehmann电流密度公式,解决了实际刻蚀过程中出现的钻蚀问题.由实验结果可知,本方案对制作大面积高精度相位光栅十分有效。     

Lattice location of light implanted ions in Si and Ge after laser annealing

Abstract

Radiation damage produced by short ranged (ranges 20–30 μm) charged particles (alpha particles and fission fragments) in thick plastic track detectors (thickness ≈ 150 μm) has been enlarged to produce “through” holes by using a combination of electrochemical and chemical etching processes. A series of experiments were conducted with a view to optimize the operating conditions required to produce through holes with most suitable profiles for a particular application at hand. This novel technique has been employed in producing thick nuclear track filters using fission fragments from U-235 fission and alpha particles from radon and its daughters.     

低偏振相关损耗聚合物光波导

表征了新合成的热光聚合物bisphenol A-aldehyde resin (BPA-resin)的独特性质。并且利用光刻和反应离子刻蚀技术(RIE)制备成功BPA-resin 聚合物的单模条波导.实验结果表明,对于TE和TM偏振,该聚合物波导在1.31 μm和1.55 μm波长下分别有低达0.43 dB/cm和0.51 dB/cm的传播损耗.在上述波长下,波导的低偏振相关损耗 (PDL)小于0.1 dB/cm.因此,是制备可调热光器件的良好导波模快.     

Real-time gray-scale photolithography for fabrication of continuous microstructure

A novel real-time gray-scale photolithography technique for the fabrication of continuous microstructures that uses a LCD panel as a real-time gray-scale mask is presented. The principle of design of the technique is explained, and computer simulation results based on partially coherent imaging theory are given for the patterning of a microlens array and a zigzag grating. An experiment is set up, and a microlens array and a zigzag grating on panchromatic silver halide sensitized gelatin with trypsinase etching are obtained.     

单晶LaB6场发射阵列的电化学腐蚀工艺

 六硼化镧（LaB₆）场发射尖锥阵列的刻蚀工艺是制备LaB₆场发射阵列阴极的关键。在(111)面单晶LaB₆基片上，用等离子体增强化学气相沉积法制备氮化硅层做掩膜，光刻后采用电化学腐蚀方法对基片进行刻蚀，得到具有一定高度的LaB₆尖锥场发射阵列。讨论了单晶LaB₆的电化学腐蚀机理。改变各种电化学腐蚀参数，包括电解液成分、电解液浓度、阳极所加电压，用电子扫描显微镜观察样品形貌。结果发现H₃PO₄是刻蚀单晶LaB₆的理想电解液，它克服了过去电化学实验中经常遇到的尖锥各向异性问题。随着电解液浓度或阳极电压的增大，尖锥高度增加，但是基底表面变得更为粗糙。另一方面，阳极电压太小时，有横向刻蚀现象产生，不利于提高发射体的场增强因子。此外，在二极管结构中初步测试了LaB6尖锥场发射阵列的电流发射特性，在真空度2×10^-4 Pa、极间距离0.1 mm、阳极电压900 V下，发射电流达到13 mA。     

Fabrication of regular mesoscopic networks of GaAs wires

A novel and simple approach to nanolithography has been developed as a technique for fabricating two-dimensional periodic mesoscopic (submicrometre) networks of semiconductor wires with a feature size down to about 20 nm. The etching mask is made by coating the material's surface with an initially structured polymer network . This is obtained by self-organized patterning in a complex liquid (nitrocellulose solution). Reactive ion etching is used for GaAs surface patterning. This technique can find potential applications in many areas of science and technology which use low-dimensional and mesoscopic devices.     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术，利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列，实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液，刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时，由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比，栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度，栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度，采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

GaAs脊型波导Mach-Zehnder干涉调制器

半导体电光波导调制器是半导体集成光学中具有代表性的器件之一,在光纤通讯、光信息处理等方面有着广阔的应用前景。它能和半导体激光器、探测器、电子线路等各种光、电元件实现单片集成,使设备和系统减少接口,缩小体积,提高可靠性。随着光通讯的发展,半导体调制器件的研究也越来越受到重视,在理论分析、结构设计、材料研制和器件工艺技术等方面也都取得了很大进展。由于GaAs材料具有良好的电、光性能,首先被用于制作GaAs光波导Mach-Zehnder干涉调制器中。     

Ultracompact polarization converter with a dual subwavelength trench built in a silicon-on-insulator waveguide

The design and fabrication of an ultracompact silicon-on-insulator polarization converter is reported. The polarization conversion with an extinction ratio of 16 dB is achieved for a conversion length of only 10 μm. Polarization rotation is achieved by inducing a vertical asymmetry by forming in the waveguide core two subwavelength trenches of different depths. By taking advantage of the calibrated reactive ion etch lag, the two depths are implemented using a single mask and etching process. The measured converter loss is -0.7 dB and the 3 dB bandwidth is 26 nm.