新型LIGA掩模板制造工艺研究

LIGA掩模板的制备是LIGA技术中的关键工艺.利用最近发展起来的硅感应耦合等离子体(ICP)深层刻蚀工艺开发出了新型LIGA掩模板.与其它类型的LIGA掩模板相比,该掩模板具有加工工艺简单、价格低廉等优点.利用该LIGA掩模板进行了LIGA技术的研究,得到了比较理想的结果.     

同步辐射讲座第五讲微电子机械系统加工新方法--LIGA技术

简述了微电子机械系统的起源和特点，介绍了LIGA技术的基本原理以及一些相关技术，对同步辐射深度光刻的技术要求进行了详细地说明，并介绍了国内外利用LIGA技术进行微电子机械系统研发的现状。     

准LIGA工艺的关键技术

准LIGA（Lithography，Electroforming，Molding）技术采用便宜的紫外光作光源，可加工出较高精度的微结构产品，且加工温度较低，使得它在微传感器、微执行器等微结构产品加工中显示出突出的优点。利用现有实验条件在所内首次开展准LIGA技术的研究，主要研究厚胶光刻和微电铸技术。基本流程为：在导电的基片上经涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜等工艺过程得到胶模，再利用该胶模进行微电铸，即金属沉积，沉积过程中需要控制好温度、pH值、电流密度等参数，最后将金属结构和光刻胶进行分离，得到三维立体金属结构，如图1所示。     

利用LIGA技术研制超微步进电机

文章慨述了超微步进电机的原理设计、结构设计、加工方法以及该电机的扫描电镀照片等。该电机的转于和定于由LIGA技术制造完成．线圈由手工在显微镑下绕制完成，转子直径2mm．整个电机直径5mm。     

LIGA—EDM复合技术的研究

提出LIGA-EDM复合技术技术,即采用LIGA技术制备工具电极的微细电火花加工技术,通过同步辐射尝试光刻得到的胶结构厚度达2mm深宽比约为100,使用电铸技术得到厚度达1mm的铜工县电极,利用该电极进行微细电火花加工实验,在不锈钢上加工出异形小孔阵列．     

光纤光栅制作中波长拉力控制技术的研究

介绍了在相位掩模板法制作光纤光栅的过程中,通过测量和调节光纤在拉直状态下所承受的拉力,从而精确控制光栅布拉格波长的光纤光栅制作方法。利用此方法,可使光纤光栅的波长制作误差控制在±0.05nm以内,并利用一定周期的相位掩模板制作5nm波长范围内的任意波长的光纤光栅,极大地提高了相位掩模板法制作技术的效率和灵活性。同时,提出了利用扫描曝光技术,在光纤光栅刻写过程中持续改变光纤拉力,制作啁啾光纤光栅的新方法。     

用于检测线性啁啾相位板质量的一种方法—反射相位法

将相位掩模板的周期或衍射效率的随机误差等效地看作是在光栅中引入了相应的相移。利用同一光栅沿不同方向测量时的相位曲线的非对称性及程度，可粗略判断相位掩模板的周期或衍射效率的误差情况。     

利用均匀相位掩模板制作线性啁啾光纤光栅

理论上分析并从实验上验证了一种利用均匀相位掩模板写入啁啾光纤光栅的方法:将光纤弯曲,由于光纤离掩模板的距离不同从而使光纤光栅的周期轴向渐变,由此产生啁啾。分析了这种啁啾光纤光栅的谱特性和时延特性,同时也分析了由于光纤离掩模板的距离不同而引起的折射率调制变化给光纤光栅特性带来的影响。设计了一种石英曲面,利用其使光纤按照弯曲函数进行弯曲,然后进行紫外曝光制成了线性的啁啾光纤光栅。实验中制作的啁啾光纤光栅色散值为-1102 ps/nm,纹波为17ps。通过改变弯曲函数就可以实现利用一块均匀相位掩模板制作不同啁啾量的啁啾光纤光栅的目的,降低了啁啾光纤光栅的制作成本。     

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。     

相位掩模板干涉场及其对光纤光栅损耗的影响

理论分析了紫外准分子激光相位掩模法刻写光纤布拉格光栅时相位掩模板干涉场的形式以及对比度特征,并结合干涉光场对比度与光纤光栅折射率调制度的关系,通过实验证明了随着光纤与相位掩模板距离的增加,相位掩模板形成的干涉光场对比度会越来越低,这种对比度的降低导致了光纤布拉格光栅损耗的增加。进一步的分析显示:非±1级衍射能量的增加、紫外光束斜入射角度增加、紫外激光时空相干性的恶化等因素也会导致干涉场对比度降低,因此实验上要尽量避免这些不利因素的影响。该研究结果对高功率FBG刻写装置的光源、相位掩模板的选择以及光路调试等具有重要的指导意义。     

铜材料X射线聚焦组合透镜的设计与制作

铜材料X射线聚焦组合透镜是一种基于折射效应的X射线聚焦元件。简单介绍了组合透镜的设计理论研究结果,并据此对材料作了选择。针对铜材料组合透镜,分析了组合透镜结构参数、X射线工作波长的选择对组合透镜光学性能的影响。在此基础上,设计了组合透镜的结构参数,使其在硬X射线波段具有较好的聚焦性能,并能获得较高的焦斑强度。采用准LIGA技术制作了铜材料X射线组合透镜,给出了部分铜材料X射线组合透镜结构测量结果。     

二维LiNbO3非线性光子晶体

制备了周期为13.64 μm方形格子二维周期性极化的LiNbO₃，利用二阶准相位匹 配实现了波长为1.064μm二倍频，二次谐波的内部转换效率高达42％. 测量了二次谐波输出功率随晶体温度及入射光入射方向的变化，实验值与模拟计算一致. 制备二阶准相位匹配掩模板，解决了在制备一阶准相位匹配掩模板中遇到周期尺寸太小、数据量大的难题，同时还降低了因周期太小造成的极化难度. 关键词： 二维 准相位匹配 二次谐波     

一种改善长周期光纤光栅热稳定性的方法

在载氢光纤上利用振幅掩模板来制作长周期光纤光栅，由于氢气的引入导致光纤光栅的热稳定性变差，这给制作符合要求的光纤光栅造成很大的困难。从理论和实验两个方面指出了在长周期光纤光栅的制作过程中若适当地降低长周期光纤光栅的含氢量，并灵活地运用均匀紫外曝光技术，能够明显地提高长周期光纤光栅的热稳定性。     

软X射线投影光刻技术及其发展

软X射线投影光刻的研究近年来取得了突破性进展，所采用的新型光学系统由于无污染激光等离子光源及分辨率大视场投影光刻系统组成，该技术多采用无应力光学装调工艺、深亚纳米级的镜面加工和多层膜制备技术及低缺陷反射式掩摸技术，该技术还采用表面成像光刻胶技术并涉及到精密扫描机构等技术，本文介绍了这一技术的发展历史，关键技术以及研究进展。     

有序金纳米颗粒阵列的制备及光吸收特性研究

采用纳米球刻蚀技术中漂移法在玻璃基片上制备较大 面积不同直径的聚苯乙烯小球掩模板, 采用磁控溅射技术在掩模板上沉积不同厚度的金薄膜, 去除聚苯乙烯小球后, 通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角状金纳米颗粒点阵. 通过紫外-可见分光光度计测试所制备样品的光吸收特性, 发现表面等离子体共振峰随粒径增大发生红移, 随金纳米颗粒高度增加发生蓝移. 基于Mie理论, 利用Matlab软件编程对不同粒径的金阵列光吸收特性进行理论模拟, 并与实验结果进行对比. 关键词： 纳米球刻蚀 金纳米颗粒阵列 表面等离子体共振     

二维LiNbO3非线性光子晶体

制备了周期为13.64 μm方形格子二维周期性极化的LiNbO3,利用二阶准相位匹配实现了波长为1.064μm二倍频,二次谐波的内部转换效率高达42%.测量了二次谐波输出功率随晶体温度及入射光入射方向的变化,实验值与模拟计算一致.制备二阶准相位匹配掩模板,解决了在制备一阶准相位匹配掩模板中遇到周期尺寸太小、数据量大的难题,同时还降低了因周期太小造成的极化难度.     

完美涡旋光束的产生及其空间自由调控技术

利用涡旋光束与锥透镜透射率函数设计相位掩模板,采用平面光照射写入相位掩模板的空间光调制器(SLM),则在SLM的傅里叶平面上产生了完美涡旋光束,解决了傅里叶平面0级和±1级光谱重叠的问题。提出了一种完美涡旋光束的空间自由调控技术,通过实验分析,明确了空间调控位移与调控因子间的函数关系,调控精度达到了2.25μm。通过在线调节锥透镜的锥角参数,实现了完美涡旋光束中心亮环半径的自由调控,并得到光束中心亮环半径与锥角的二次函数关系。将波长为532nm和632.8nm入射光产生的完美涡旋光束作对比,结果表明,当入射波长较长时,仍可得到较小半径的完美涡旋光束。该研究为完美涡旋光束在微粒操纵、光学信息编码、光学测量及基于轨道角动量的光纤通信等领域的应用提供了新思路。     

提高二元光学器件衍射效率的准连续编码策略

基于标量衍射理论，二元光学器件的衍射效率，微结构误差对衍射效率的影响，提出了一种准连续编码方法，并给出了加工非２ｎ台阶所需掩模板的具体形式。在一定的加工条件和工艺水平下，采用这种编码方法，可以不增加加工成本和工序，仅通过新颖的掩模板设计方法充分利用现有加工条件和设备，使二元光学器件的衍射效率得到很大程度的提高。从而不仅能使一般混合系统的效率得到提高，更能充分发挥混合光学系统的成像能力。此编码方法的采用有利于推进二元光学器件的实用化。     

一种可用于原子全息光刻的二元计算全息新方法

 原子全息光刻即采用二元计算全息片掩模来操纵原子,实现微细结构的制作。传统二元计算全息产生的全息片在重现时会产生不止一个实像,这对于原子全息光刻的操作是不利的。提出了一种非相位编码的方法,该方法利用基元函数叠加方式产生实的编码前全息图,再利用类似罗曼Ⅲ型的编码方式产生二元计算全息图。模拟结果表明,利用该方法产生的掩模板可以产生单一的同原始图案相对应的微细结构。     

离子束平动刻蚀工艺衍射光学元件的设计及制作

提出了一种用于制作二维光束整形衍射光学元件的新方法———离子束平动刻蚀工艺。分别介绍了利用这种新方法设计衍射光学元件的原理、设计过程以及刻蚀工艺系统的构成和掩模板的设计方法。结果表明 ,这种新的工艺方法不拘泥于圆对称系统 ,不但继承了离子束旋转刻蚀工艺的位相真正连续分布的优势 ,而且所制作出的衍射光学元件 ,即使对于半导体激光器所产生的两个方向发散角不同的激光束来说也仍然可以进行整形 ,并最终能得到矩形焦斑。这种工艺方法的理论设计也可以从二维化简为两个一维的设计 ,从而大大简化了设计计算的复杂程度