基于多层抗蚀剂的GaAs基微纳光栅深刻蚀工艺

采用电子束光刻技术制备出了深刻蚀的GaAs基微纳光栅。针对电子束曝光过程中存在的由邻近效应引起的光栅结构图形失真和变形的问题,本课题组采用厚度较薄的PMMA A4抗蚀剂和SiO₂薄膜形成多层抗蚀剂来减小邻近效应,同时将SiO₂薄膜作为硬掩模,实现了高深宽比的光栅结构。此外,针对电感耦合等离子体刻蚀过程中光栅结构出现长草的现象,通过增强电感耦合等离子体的物理刻蚀机制,有效消除了结构底部的草状结构。扫描电镜测试结果显示：将100 nm厚SiO₂作为硬掩模,可以实现周期为1.00μm、占空比为0.45、刻蚀深度为1.02μm的光栅结构,该光栅结构具有陡直的侧壁形貌以及良好的周期性和均匀性。在该工艺条件下,电感耦合等离子体刻蚀工艺对SiO₂掩模的刻蚀选择比可达26.9∶1。最后,将该结构应用于分布式布拉格反射锥形半导体激光器中,获得了线宽为40 pm的激光输出。这表明,采用电子束光刻技术制备的光栅结构对半导体激光器具有很好的选模特性。     

深刻蚀高密度熔融石英光栅

深刻蚀高密度熔融石英光栅是一种新型高效的衍射光学元件,具有衍射效率高、成本低、抗损伤,能在高强度激光条件下工作等优点。给出了利用感应耦合等离子体(ICP)技术制作熔融石英深刻蚀光栅的详细过程,并在一定的优化条件下制作了一系列不同周期、开口比和深度的高质量深刻蚀石英光栅。实验得到的最大刻蚀深度为4μm,并且在600 l/mm的高密度条件下得到了刻蚀深度为1.9μm的高深宽比石英光栅。光栅侧壁陡直,表面平整,没有聚合物沉积。所制作的熔融石英光栅元件在高强激光环境、光谱仪、高效滤波器和波分复用系统等领域中有非常广泛的用途。     

实时灰阶掩膜技术制作微透镜列阵

提出一种制作连续微结构的实时灰阶掩膜技术 ,它将液晶显示 (LCD)系统和投影光刻系统相结合 ,利用液晶显示系统实时显示一系列二值图形来获得连续的灰度记录 ,给出了原理分析。基于部分相干光成像理论 ,进行了微透镜制作的计算机模拟。建立了实验装置 ,并采用全色卤化银明胶 (Kodak131)通过酶刻蚀得到半径为 5 9 33μm ,深为 1 6 38μm的 5 6× 4 8微透镜列阵     

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅.采用顶层Si厚为2μm的SOI基片,通过半导体芯片制备中的光刻工艺,在脊高为935 nm,波导宽度为2μm的脊形波导上,分别制作了刻蚀深度为565 nm和935 nm的起伏型高阶布拉格光栅,测试表明,在1540～1640 nm波长范围内,得到了大于10 dB的消光比,实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果.理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数,以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗.     

离子束刻蚀双频光栅的实验研究

本文利用离子束在玻璃上刻蚀出双频光栅,研究了光栅掩模制作中曝光量和显影条件,离子束刻蚀工艺等因素对光栅衍射效率的影响,并给出一些实验结果。     

啁啾光纤光栅相位掩模槽形控制新方法研究

在啁啾光纤光栅相位掩模的制作中,针对光刻胶光栅槽形要求比较高的问题,提出离子束刻蚀和反应离子束刻蚀相结合的方法,来实现对相位掩模槽形占宽比的控制.运用高级线段运动算法模拟分析刻蚀中的图形演化,用Ar离子束刻蚀对光刻胶光栅掩模形貌进行修正,然后采用CHF3反应离子束刻蚀,实验和模拟均表明,Ar离子束刻蚀能很好的改善掩模与基片交界处的基片侧壁形貌,使得在CHF3反应离子束刻蚀下能得到较小的占宽比.对槽形控制提供了有意义的实验手段.     

Si在SF6＋N2中反应离子刻蚀及其剖面的研究

本文报导了用ＳＦ＿６＋Ｎ＿２混合气体反应离子刻蚀Ｓｉ及其剖面的实验结果，研究了在刻蚀时，混合气体的成份和射频功率密度对Ｓｉ的蚀速影响以及Ｓｉ的负载效应，通过实验得到了一种获得Ｓｉ的腐蚀垂直剖面的方法，该腐蚀技术在制作微机械马达和周期为４６６．８ｎｍ的二级光栅（线宽０．２μｍ）中得到应用。     

软X射线偏折仪用自支撑莫尔光栅研制

介绍了莫尔光栅制作的主要方法和进展。利用紫外光刻、离子束刻蚀技术制作自支撑金莫尔光栅，讨论了金膜厚度要求、电镀金膜质量和光栅占空比控制等影响莫尔光栅质量的关键技术问题。实验结果表明，通过设计较小占空比的光栅掩模、紫外光刻时擦除基片边缘的光刻胶棱以消除衍射效应、离子束刻蚀时基片倾斜一定的角度旋转刻蚀等措施可以改善自支撑金莫尔光栅的占空比。     

适用于阵列波导光栅制作的厚SiO2陡直刻蚀技术

采用ICP-98型高密度等离子体刻蚀机进行了厚SiO2陡直刻蚀技术的研究,利用双层掩膜技术解决了"微掩膜现象"问题,刻蚀获得12.4μm的陡直SiO2光波导剖面,并将这一刻蚀技术用于阵列波导光栅的制作中.     

线性啁啾相位掩模的研制

利用严格耦合波理论分析了线性啁啾相位掩模的衍射特性,得到只有当相位掩模的占宽比在0.37～0.50之间,槽形深度在242～270 nm之间时,才能保证零级衍射效率小于2%.同时正负一级的衍射效率大于35%.在此基础上,利用全息一离子束刻蚀和反应离子柬刻蚀相结合的新方法,制作了中心周期为1000 nm,啁啾率1 nm/mm,有效面积为100 mmX10 mm的线性啁啾相位掩模.发现先用短时间Ar离子束刻蚀对光刻胶光栅掩模槽形进行修正,然后采用CHF3反应离子束刻蚀,能得到更合适的占宽比,从而确定了刻蚀新工艺.实验测量表明其零级衍射效率小于2%,正负一级衍射效率大于35%,最大非线性系数为1.6%.理论分析表明该相位掩模能够满足制作线性啁啾光纤光栅的需要.     

基于SOI材料的刻蚀光栅分波器的制作工艺

研究了基于绝缘材料上的硅（SOI）材料的平面波导刻蚀光栅分波器的主要制作工艺．利用电感耦合等离子体刻蚀（ICP）技术，在SOI材料上制作了垂直度大于89°的光滑的光栅槽面．氧化抛光后刻蚀侧壁的表面均方根粗糙度（RMS）有3nm的改善，达到7.27nm（采样面积6.2μm×26μm）．通过采用集成波导拐弯微镜代替弯曲波导使1×4分波器的器件尺寸仅为20mm×2.5mm．测试结果表明器件实现了分波功能．     

YAG激光参量对刻蚀微坑形貌的影响

为了增加单次激光脉冲刻蚀微坑的深度,提高加工效率,利用双声光调制技术,通过对比不同能量密度的脉冲激光刻蚀微坑深度,及对比两种激光器输出的激光脉冲刻蚀微坑形貌,研究了激光参量对刻蚀微坑形貌的影响。结果表明,脉冲能量密度为20.21J/cm2时,刻蚀微坑深度达到最大值,继续增加能量密度时,微坑深度将随之减小;相比于单腔激光器,双腔激光器刻蚀微坑深度从5μm增加至10μm,微坑直径从161μm降至134μm。     

248 nm KrF准分子激光零级抑制石英相位掩模器的研制

实验研制了针对波长２４８ｎｍＫｒＦ准分子激光的零级抑制石英相位掩模器。用双层掩蔽和图形转移技术，在双面抛光的石英基片上以ＣＨＦ３／Ｏ２为反应气体，用反应离子刻蚀技术制作了具有良好完整性、周期１．０８５μｍ的石英相位掩模器。实际测量表明其零级衍射效率被抑制到５．９７％。     

紫外写入光纤光栅用亚μm相位掩模板制作误差容限分析

本文采用电磁波标量衍射理论研究了紫外写入光纤光栅用亚μｍ相位掩模的近场衍射特性，并据此得出了零级衍射抑制的条件，２数值模拟方法研究了相位掩模制作误差对有衍射抑制的影响，分析表明，为使零级衍射效率小于５％，相位掩模的刻槽深度和占空比制作误差必须控制在／△ｈ／〈３８ｎｍ和／△ｆ／〈０．１１的范围内。     

数字掩模技术

数字掩模技术的核心器件是数字微镜芯片,它具有较高的分辨率和灰度等级等优点。利用计算机辅助设计绘制的掩模图形经IO口输入到数字微镜芯片中的SRAM,从而控制无数多个微小镜片的翻转,实现掩模图形的数字化输出。结合高倍精缩投影系统,可快速实现图形转印。为进一步说明该技术的可行性,进行了实验验证。由于实验条件的限制,文中仅实现了2.2μm最小线宽的制作。利用该技术成功制作了5×5达曼光栅、8台阶闪耀光栅和菲涅尔透镜。     

248nm准分子激光刻蚀的无裂损石英玻璃表面微通道

利用248nm纳秒准分子激光,采用掩模投影和石英玻璃前表面直写刻蚀的方法,研究了激光脉冲能量密度、重复频率、扫描次数对微通道裂损的影响规律,分析了石英玻璃激光刻蚀及裂损的机理。结果表明,248nm纳秒准分子激光刻蚀石英玻璃的机理为光致电离及热烧蚀的共同作用;无裂损刻蚀JGS1型石英玻璃的激光能量密度阈值范围为16~30J·cm~(-2),刻蚀率可达每脉冲500nm;随着激光重复频率及扫描次数的增加,微通道容易因热积累及等离子体微爆炸冲击作用而裂损。基于优化的激光加工参数,当微通道宽度小于100μm时,可以实现无裂损的直线型(深度小于或等于50μm)及圆弧型(深度小于或等于28.5μm)微通道的加工。     

形成硅多层微机械结构的“掩模-无掩模”腐蚀新技术

本文介绍了一种制作硅多层微结构的体微机械加工新技术．基于KOH溶液的无掩模腐蚀特性，仅用一层掩模进行一次从有掩模到无掩模的连续腐蚀工序，可在（100）硅片上制作各种以（311）晶面为侧面且进棱沿（110）晶向的多层次立体结构，原则上层面数不受限制，各个层面的位置和深度都可由一块掩模的设计和相应的腐蚀深度确定，该技术突破了传统各向异性腐蚀的局限性，使体微机械技术的加工能力大为扩展，可望在微电子机械系统的结构制作中广泛应用．     

Si深刻蚀光助电化学方法的研究

光助电化学刻蚀技术是目前获取高深宽比微纳结构的重要方法之一.由于其制作成本低、三维结构形貌可光控实现而受到重视.从实际应用出发,对Lehmann光照模型和电流密度经验公式进行了修正,并从理论和实验上研究了光照对电化学刻蚀过程和结构形貌的影响.着重分析了光照红移带来的正面效果和负面影响.理论分析和实验均证明,采用提出的修正模型,可以方便地实现对厚度为400～500μm的Si片深刻蚀,并可在刻蚀深度为150μm的情况下,实现壁厚在0.2μm到数微米的控制,Si片刻蚀面的直径可达5英寸(125 mm)或更大.为该技术的实现提供了修正的理论模型和实用化的工艺技术.     

一种新的硅深槽刻蚀技术研究

本文报告了一种获得侧壁陡直的硅深槽新技术．实验中采用一种新材料──氮化锆（ＺｒＮ）作为反应离子刻蚀的掩模，所需掩模厚度约５００．采用氟基气体ＳＦ６作为刻蚀气体，并附加Ａｒ和Ｏ２，这样刻蚀过程中在槽的侧壁会形成氧化硅作为阻挡刻蚀层，结果得到了深约６μｍ，侧壁垂直接近９０°的硅深槽．     

微纳色散补偿光纤光栅的折射率传感特性研究

采用相位掩模法,在未经载氢处理的色散补偿光纤上刻写出多个满足相位匹配条件的光纤布喇格光栅。经过化学腐蚀法处理,分别制作了直径为20μm、17.5μm的微纳光纤光栅,实验研究了其布喇格波长与折射率的变化关系。结果表明,在实验溶液折射率测量范围内,传感器高阶模谐振波长与溶液折射率之间均呈现良好的拟合关系,折射率线性拟合灵敏度最高为28.6nm/RIU。此外,实验发现满足光纤光栅相位匹配条件的模式阶次越高,传感器对周围溶液变化感应能力越强。