离子束蚀刻微透镜中蚀刻深度允许误差的研究

基于衍射光学原理,获得了微透镜的衍射效率与蚀刻深度误差之间的关系式。研究表明,离子束蚀刻中目前采用的时间控制法可满足Ｌ＝１时的微透镜微加工要求,但未能满足Ｌ＞１时的微透镜微加工要求。对Ｌ＞１的情形,需要提高蚀刻深度控制精度以使蚀刻深度的误差小于８７ｎｍ。     

衍射光学元件的反应离子束蚀刻研究

本文提出了一种制作衍射光学元件的新方法——-反应离子束蚀刻法.对此技术研究的结果表明:反应离子束蚀刻法具有高蚀刻速率、蚀刻过程各向异性好、蚀刻参数控制灵活等特点,对于衍射光学元件和微光学元件的精细结构制作十分有利.本文详细总结了反应离子束蚀刻过程中各工艺参数对蚀刻速率的影响,并在红外材料上制作了Dammann分束光栅.     

硅纳米线阵列光电探测器研究进展

硅(Si)作为最重要的半导体材料之一,被广泛应用于太阳电池、光电探测器等光电器件中.由于硅和空气之间的折射率差异,大量的入射光在硅基表面即被反射.为了抑制这种反射带来的损失,多种具有强陷光效应的硅纳米结构被研发出来.采用干法蚀刻方案多数存在成本高昂、制备复杂的问题,而湿法蚀刻方案所制备的硅纳米线阵列则存在间距等参数可控性较低、异质结有效面积较小等问题.聚苯乙烯微球掩膜法可结合干法及湿法蚀刻各自的优点,容易得到周期性硅纳米线(柱)阵列.本文首先概述了硅纳米线结构的性质和制备方法,总结了有效提升硅纳米线(柱)阵列光电探测器性能的策略,并分析了其中存在的问题.进而,讨论了基于硅纳米线(柱)阵列光电探测器的最新进展,重点关注其结构、光敏层的形貌以及提高光电探测器性能参数的方法.最后,简要介绍了其存在的主要问题及可能的解决方案.     

凹折射微透镜阵列的离子束刻蚀制作

利用光刻热熔成形工艺及离子束刻蚀制作 12 8× 12 8元凹微透镜阵列。所制硅及石英凹微透镜的典型基本图形分别为凹球冠形、凹柱形和矩顶凹面形。分析了在光致抗蚀剂柱凹微透镜图形制作过程中的膜系匹配特性 ,与制作该种微透镜有关的光掩模版的主要结构参数 ,以及光致抗蚀剂掩模工艺参数的控制依据等。探讨了在凹微透镜器件制作基础上利用成膜工艺开展平面折射微透镜器件制作的问题。采用扫描电子显微镜 (SEM)和表面轮廓仪测试了所制石英凹微透镜阵列的表面微结构形貌。给出了所制石英凹微透镜阵列远场光学特性的测试结果。     

一种控制明胶材料微浮雕结构线性蚀刻深度的新方法

提出了一种用于扩展固定配方明胶版蚀刻范围的新方法—预曝光蚀刻法(for-exposure mothod),并通过对光刻过程中各参量的控制,最终实现了用固定配方明胶版对多种不同线性深度微浮雕透镜列阵的蚀刻,该方法在蚀刻范围、蚀刻效果等方面都大大地优于传统的蚀刻方法.本文通过对比预曝光蚀刻法与常用的几种蚀刻方法,详尽的阐述了预曝光蚀刻法的原理及优点,为深浮雕光刻工艺的进一步发展奠定了基础.     

扩展微透镜数值孔径范围的阶梯光刻热熔法研究

在微透镜阵列的光刻热熔制作法中，临界角效应严重影响了微透镜的制作范围和面形质量。在对临界角效应定性研究的基础上，提出了用阶梯光刻熔法来扩展热熔型微透镜阵列的数值孔径范围。实验结果表明，采用这一方法制作的微透镜，其单元孔径范围扩展为５０￣９００μｍ，相对口径范围扩大到为Ｆ／１￣Ｆ／１０，并有效地改善了临界角效应对大孔径微透镜面形质量的影响。     

微模塑法制备PMMA球面微透镜阵列

借助微透镜及其阵列的光学器件,采用软刻蚀技术中的微模型方法成功制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的柱体及球面微透镜阵列,并对该微透镜阵列进行了光学显微和SEM分析．通过考察制备过程中的影响因素,探讨了减少阵列缺陷和提高光学性能的适宜参数．并对该透镜阵列的光学成像性能进行了初步研究．     

精确控制大数值孔径微透镜列阵面形的显影阈值方法

提出了一种可对大矢高、非球面微透镜阵列面形进行精确控制的新方法。针对不同面形的微透镜阵列，该方法首先对光致抗蚀剂表面的曝光分布进行设计，然后，利用光致抗蚀剂显影过程中的阈值特性，对微透镜的面形实行控制。当抗蚀剂显影速率接近0时，即可获得设计的微透镜面形。该方法不仅大大提高了微透镜阵列矢高的加工范围，而且还减小了光刻材料显影特性对微透镜面形的影响，提高了微透镜阵列的面形控制精度，在实验中获得了矢高达114μm的微透镜阵列。最终实现了大浮雕深度、大数值孔径、非球面微列阵光学元件的面形控制。     

原子力显微镜加工红外微透镜阵列的研究

提出了利用原子力显微镜灰阶阳极氧化方法加工Si、Ge、GaAs等晶体材料为基础的红外微透镜阵列.加工了3×3的红外硅微透镜阵列,微透镜的高度和表面直径重复性误差分别为0.2nm和6.0 nm,微透镜的平均曲率半径为510.8 nm.分析了原子力显微镜加工红外微透镜产生面型结构误差的原因,并提出了减小面型结构误差的方法.利用此种方法加工的折射、衍射和混合红外微透镜阵列可以进一步缩小红外成像系统的尺寸.     

飞秒激光和酸刻蚀方法制作凹面微透镜阵列

基于飞秒激光光刻技术和氢氟酸对光学玻璃的刻蚀,在K9光学玻璃表面制作了凹面微透镜阵列,并且可以以此为模板实现凸微透镜阵列的大量复制.用相位对比显微镜和扫描电子显微镜分析了微透镜阵列的表面轮廓,测试了微透镜阵列的光学衍射特征.该方法简单、透镜参量可控,制作的微透镜阵列能够用于分光、光束匀化、并行光刻等强激光领域.     

F等离子体刻蚀Si中Lag效应的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟的方法对感应耦合等离子体刻蚀中Lag效应的产生机理进行了研究. 研究结果表明,在刻蚀过程中普遍存在Lag效应,宽槽的刻蚀率明显比窄槽的刻蚀率要高,这是由于宽槽更有利于产物从槽中的逸出;窄槽中产物从槽中逸出的速率较低,较多的产物拥挤在窄槽中降低了入射的F等离子体入射的速度,从而降低了F等离子体到达Si表面的能量,而相同条件下,刻蚀率随能量的降低而降低;另一方面,窄槽中入射的等离子体与槽壁的距离较近,使得入射的F更容易与槽壁表面的Si的悬挂键结合沉积在槽壁表面,使刻蚀出的槽宽度变窄,进一步影响到后继粒子的入射;Lag 效应随槽宽的减小而增强,随温度的升高而减弱,随入射粒子能量的升高而增强. 关键词： 分子动力学 Lag效应 刻蚀 刻蚀率     

飞秒激光和酸刻蚀方法制作凹面微透镜阵列

基于飞秒激光光刻技术和氢氟酸对光学玻璃的刻蚀,在K9光学玻璃表面制作了凹面微透镜阵列,并且可以以此为模板实现凸微透镜阵列的大量复制.用相位对比显微镜和扫描电子显微镜分析了微透镜阵列的表面轮廓,测试了微透镜阵列的光学衍射特征.该方法简单、透镜参量可控,制作的微透镜阵列能够用于分光、光束匀化、并行光刻等强激光领域.     

a-Si:H based two-dimensional photonic crystals

We describe the fabrication processes of silicon-based two-dimensional photonic crystals (2D-PCs) with a photonic band gap in the near-IR range. The procedures involve electron beam lithography followed by an anisotropic etching step of hydrogenated amorphous silicon thin films deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition. Micrometric and submicrometric arrays of cylindrical holes are transferred using a poly-methylmethacrylate resist layer as a mask. A careful comparison between standard parallel plate reactive ion etching and inductively coupled plasma etching techniques is performed, aimed at obtaining periodic structures with high aspect ratio and good profile sharpness.     

一种大F数微透镜阵列的制备方法

针对大F数(大于10)微透镜阵列难以制备的现状,提出了一种制备大F数微透镜阵列的方法.首先采用传统光刻胶热熔法及刻蚀技术制作出成形的微透镜阵列,再将一层具有较高粘滞系数的光刻胶均匀地涂覆在该微透镜阵列上,在光刻胶的粘滞作用以及烘烤过程中光刻胶自身表面张力的共同作用下,微透镜阵列的F数得到提高.采用该方法制备的二氧化硅微透镜阵列的F数达40,与传统大F数微透镜阵列的加工方法相比,该方法简便易行、制备的微透镜阵列面形良好,且只需调节光刻胶的粘滞系数,即可获得F数不同的微透镜阵列.     

结合实际刻蚀数据的离子刻蚀产额优化建模方法

刻蚀表面仿真是研究等离子体刻蚀工艺过程机理的重要手段.在刻蚀表面仿真方法中,刻蚀表面演化模型和离子刻蚀产额模型直接决定了刻蚀表面演化结果.但现有的刻蚀表面演化模型不够精确,且目前离子刻蚀产额模型主要来自分子动力学仿真和物理实验,而实际加工过程十分复杂,等效的离子刻蚀产额包含很多因素.针对这些问题,首先对当前的刻蚀表面演化模型进行改进,同时重新定义了离子刻蚀产额模型的优化目标,并利用实际刻蚀加工数据来优化离子刻蚀产额模型.为缩短优化模型所用时间,采用并行方法来加速优化过程.最后,将得到的离子刻蚀产额模型参数应用于采用元胞自动机法的刻蚀工艺实际仿真过程中.实验结果表明,该优化建模方法确实提高了仿真的精确度,同时优化过程所用时间也大大减少.     

太阳电池中新腐蚀液实现纳米黑硅表面的一步腐蚀制备

通过引入添加剂,调节腐蚀溶液的pH值,实现了一步法制备黑硅表面. 在取得低表面反射率的同时,减小了黑硅层的腐蚀深度,对于16 min腐蚀的黑硅层,其表面加权平均反射率可达5%(300～1200 nm),但腐蚀深仅约为200 nm. 减小腐蚀深度能够降低黑硅太阳电池的表面复合速率,从而提高太阳电池性能,尤其是开路电压及填充因子. 以新腐蚀液制备的黑硅为衬底,在常规太阳电池产线上制备大面积p-Si黑硅太阳电池,实现了15.63%的转换效率,具有高的开路电压(624.32 mV)和填充因子(77.88%),改进了大面积黑硅太阳电池的性能.     

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.