硅微透镜阵列的制备工艺

开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90μm、表面质量高的硅微透镜阵列。     

大F数硅微透镜阵列的制作及光学性能测试研究

提出了一种补偿刻蚀法 :在经过常规光刻热熔成形和离子束刻蚀技术制成的硅微透镜阵列上再涂敷几层光刻胶 ,以降低各单元微透镜的曲率 ,然后再次进行加热固化和离子束刻蚀。扫描电子显微镜 ( SEM)显示微透镜阵列为表面极为平缓的球冠形阵列 ,表面探针测试结果显示用补偿刻蚀法制作的微透镜的 F数和 F′数分别可达到 31.62和 35.88,而常规光刻热熔法很难制作出 F数和 F′数分别超过 1.0 0和 4 .0 0的微透镜阵列。光学填充因子也由常规方法的 64.3%提高至78.5% ,并且微透镜的点扩散函数也更接近理想值     

微透镜阵列的制作及其与图像传感器的集成

介绍了利用硅、熔融石英和聚酰亚胺等材料制作折射和衍射微透镜阵列的工艺和结果,以及这些微透镜阵列分别与红外、可见光图像传感器的集成应用.微透镜与红外256×256PtSiCCD的集成结果表明,微透镜填充系数提高了2.3倍,成像质量明显改善.     

256×256 Si微透镜阵列与红外焦平面阵列单片集成研究

基于标量衍射理论设计了8位相菲涅尔衍射微透镜阵列.利用多次曝光和离子束刻蚀技术在大规模面阵(256×256)PtSi红外焦平面阵列的背面制作了单片集成微透镜阵列样品(单元面积为30μm×40μm).测试结果表明,单片集成微透镜的红外焦平面阵列样品的信噪比提高了2.0倍.     

256×256Si微透镜阵列与红外焦平面阵列单片集成研究

基于标量衍射理论设计了8位相菲涅尔衍射微透镜阵列.利用多次曝光和离子束刻蚀技术在大规模面阵(256×256)PtSi红外焦平面阵列的背面制作了单片集成微透镜阵列样品(单元面积为30μm×40μm).测试结果表明,单片集成微透镜的红外焦平面阵列样品的信噪比提高了2.0倍.     

非梯度折射率型面阵平面微透镜

采用常规的光刻热熔法及灰度掩模技术,结合离子束蚀刻与溅射制作面阵非梯度折射率型平面折射和平面衍射微透镜,定性分析了不同的工艺条件下所得到的平面端面微光学折种和形貌特征。给出了在石英衬底表面通过光刻热熔工艺和氩离子束蚀刻所得到的两种球面及圆弧轮廓特征的面阵册形掩模的表面探针测试曲线,对平面微透镜阵列与IRCCD成像芯片和半导体激光器阵列的集成结构作了初步分析。     

100%填充因子的硅微透镜阵列的制作

本文成功制作出了表面光滑且具有100%填充因子的硅微阵列阵列结构。制作流程包括：旋涂光刻胶,热熔融和反应离子可是转移。首先,在硅衬底上旋涂SU-8光刻胶,并光刻显影;其次,热熔融和热处理光刻胶阵列得到光刻胶微透镜阵列;最后,反应离子刻蚀转移形成硅微透镜阵列。实验表明,通过调节反应离子刻蚀气体SF6和O2的量分别到60sccm和50sccm,就可以得到无间距的硅微透镜阵列。在此种情况下,光刻胶和硅衬底的刻蚀速率比值为1:1.44。单个微透镜底端尺寸为30.1微米,高度为3微米,焦距在15.4微米到16.6微米之间。     

红外焦平面用面阵微透镜的氩离子束刻蚀制作

讨论了制作大面阵矩底拱面状微透镜阵列的工艺条件，给出了氩离子束刻蚀制作红外焦平面用面阵微透镜的离子束刻蚀速率的经验关系式，通过实验获得了光电材料几种常用的氩离子束刻蚀速率与氩离子束能量之间的关系曲线，用扫描电子显微镜测量了所制微透镜阵列的微结构形貌特征。     

NOA73材料的微透镜阵列快速制造技术

针对传统微透镜阵列制作工艺复杂、成本高、周期长等缺点,研究了一种低成本、高效率制作微透镜阵列的技术方法。以SU-8负性光刻胶为主模结构材料,采用2次紫外斜曝光工艺,加工出主光轴平行于硅基的微透镜阵列作为主模结构。依次采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻技术和NOA73紫外曝光技术对主模结构进行复制得到PDMS和NOA73 2种材料的微透镜阵列,用共聚焦显微镜观察微透镜阵列的表面形貌并搭建光学检测平台,测试微透镜阵列的成像效果。结果显示,NOA73材料的微透镜阵列具有更好的光学性能。通过上述工艺加工的微透镜阵列具有较好的成像效果和表面形貌,重复性好且加工周期短,可集成在微流式细胞仪中用于样本流的荧光检测,提高了检测精度。     

软刻蚀复制技术制作聚合物微透镜阵列

介绍了利用软刻蚀紫外模塑技术制作复制聚合物折射和衍射微透镜阵列的工艺过程.实验过程和测试结果表明,聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具可以完好地将母版上的微透镜阵列复制到硅或玻璃材料上的光敏胶上,并可多次使用,且母版无损伤.此技术具有速度快,工艺简单的特点,可用于微透镜与图像传感器的单片集成.     

酶蚀明胶法制作折射微透镜阵列

提出一种利用蛋白酶溶液刻蚀重铬酸铵明胶制作微光学元件的新方法。这种方法具有制作工艺简单、无需昂贵设备等优点,用此方法实际制作了具有良好连续面形的微透镜阵列,并给出了测量结果。     

Fabrication of micro-lens arrays with moth-eye antireflective nanostructures using thermal imprinting process

We fabricated micro-lens arrays which have moth-eye antireflective nanostructures on their surfaces using thermal imprinting process and plasma treatment and characterized the morphology of the micro-lens arrays. After a micro-lens array shape was fabricated on a photoresist using photolithography and thermal reflow process, patterns were transferred onto a Ni stamp, and then micro-lens patterns were replicated on a polycarbonate film using thermal imprinting lithography. Using reactive ion etching, we were able to form the moth-eye antireflective nanostructures on the surface of polycarbonate films and polycarbonate micro-lens arrays. The AFM and SEM images of the plasma treated samples clearly show that the moth-eye nanostructures are formed on the surface. By measuring the transmittance spectrum using a UV-visible spectrometer, we also show that the moth-eye structures really act as antireflection coatings.     

非球面液滴微透镜的轮廓测量方法

对液滴透镜面形的精确测量是用液滴法制作非球面液滴透镜的关键问题之一。提出了一种基于数字图像处理的测量非球面液滴微透镜轮廓的方法,利用光学成像系统将非球面液滴透镜的轮廓成像在CCD接收面上,通过图像采集卡读入计算机,并经图像处理得出透镜面形表达式,以便研究液滴微透镜在不同电场强度下轮廓的变化规律。图像处理的主要步骤包括：对特定区域采取平滑预处理,去除噪声;利用阈值法将灰度图二值化;对二值化后的图像进行轮廓检测;提出了一种简单有效的方法矫正图像的水平偏转;对矫正过后的液滴轮廓的数据进行多项式拟合,分析液滴透镜在不同电压下的各个拟合参数的变化。实验证明：这种方法用于测量非球面液滴微透镜简单、有效,解决了非球面微透镜制作过程中的液滴轮廓的实时测量问题,有助于低像差非球面液滴微透镜的研制。     

大面阵内线转移CCD二次金属铝刻蚀残留研究

分析了引起大面阵内线转移CCD直流短路的原因,确认了二次金属铝刻蚀残留是引起器件失效的主要原因.利用扫描电子显微镜技术,研究了刻蚀工艺参数对内线转移CCD二次金属铝刻蚀残留的影响.优化了预刻蚀、主刻蚀和过刻蚀三个阶段的工艺条件,消除了金属铝刻蚀残留.采用优化的工艺参数进行二次金属铝刻蚀,器件直流成品率提高了30％.     

Monolithic Integration of Diffractive Microlens Arrays and Infrared Focal Plane Arrays

Monolithic integration method has been demonstrated to increase the fill factor of the infrared focal plane arrays (IRFPA). Which is consists of 256×256 Pt-Si schottky barrier charge coupled devices(CCD) operation in 3-5μm IR region. The relative silicon 256×256 element diffractive microlens arrays have been fabricated on the back side of the substrate of the IRFPA using binary optics technology. The aligning process between IRFPA and microlens arrays on each side of the substrate has been completed by IR mask aligner. The testing results show that the imaging quality is very good and the average optical response of the IR FPA is increased by a factor of 3.0, which is improved by about 25% compared with the hybrid integration method in the previous work.     

转动随机微透镜阵列对激光显示中散斑的抑制

为了消除散斑现象,对随机漫射体抑制散斑的可行性进行了探讨。分析了"随机微透镜阵列"作为随机漫射体在光束控制和光能利用率方面的优越性,并提出了在光学系统中加入转动"随机微透镜阵列"的方式抑制散斑。对加入这种结构后屏幕上的散斑进行了测量,验证了此种方法可以将散斑对比度降低到1.15%,使人眼分辨不出激光散斑,提升了激光电视的观看效果,并与传统的转动匀光棒法进行对比,体现了此种方法出色的抑制散斑的能力。     

Design and Fabrication of Silcon Microlens with Low SAG for 528(H) × 528(V) Infrared Charge-Coupled Device Application

Microlens array is an important optical element to improve the photosensitivity of charge-coupled device (CCD). In this paper, a monolithic integration technology between microlens and 528 × 528 element PtSi Schottky-barrier infrared charge-coupled device (IRCCD) with a pixel size of 30μm × 30μm has been developed. The microlens array with low sag and long focal length is designed based on geometrical optics theory. It is directly formed on the back side of the substrate in IRCCD chip using successive photolithography and A⁺ ion beam etching (IBE) technology. The microlens array is characterized by both surface stylus and point spread function (PSF). The experiment results of integration device between IRCCD and microlens array indicate that the optical signal response is improved obviously and a responsivity increase by a factor of 1.8 in the operation band.     

微透镜阵列提高LED多芯片封装取光效率的仿真

提出在LED多芯片平面封装表面添加微透镜阵列,以提高取光效率。仿真分析了微透镜阵列的半径、间距和排列方式等对取光效率的影响。分析结果表明,通过在封装平面添加微透镜阵列,可以极大地提高取光效率,微透镜的填充因子是影响取光效率大小的关键因素,填充因子越大,则其取光效率越高;微透镜的排列方式对出射光强的分布也会产生影响。     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明:当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

Si材刻蚀速率的工艺研究

在采用混合集成方法制造红外热成像阵列器件中,Si的快速刻蚀去除是一个至关重要的问题,它的刻蚀去除质量直接影响红外热成像器件的性能.介绍了等离子体刻蚀的原理、实验过程和实验方法,通过大量工艺实验和测试详细研究和分析了不同刻蚀气体、射频功率和气体流量等工艺参数对Si刻蚀结果的影响,包括刻蚀速率、刻蚀轮廓垂直度和刻蚀表面粗糙度等.通过研究,获得了Si材刻蚀效果与各种工艺参数之间的变化关系,得到了快速刻蚀Si材的较好的工艺参数.