用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法，用于解决现有方法制备的碲化锌晶体表面微结构透过率差的技术问题。技术方案是将碲化锌晶体机械抛光和化学抛光；用溴甲醇溶液腐蚀碲化锌晶片一定时间，运用反应离子刻蚀的方法采用合适的气氛、功率和气压在碲化锌的上下两个面刻蚀出微结构，刻蚀完之后最后将碲化锌晶片装入晶片夹具，形成器件使用。由于使用了反应离子刻蚀的方法进行表面微结构的刻蚀，使用了优化的工艺和制备参数，相对于背景技术太赫兹透过率提高了30％以上，增透程度最高达到150％以上，总体均匀增透，同时也降低了生产成本，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法
本专利技术涉及一种碲化锌晶体表面微结构的制备方法，特别涉及一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法。
技术介绍
ZnTe晶体通常作为产生与探测太赫兹(THz)波的电光晶体材料，晶体的折射率为～2.9，由于表面反射作用减小THz波对于通过晶体的红外光的调制，必然存在太赫兹辐射大量损耗的情况，从而使得晶体产生与探测THz波效率降低；除此之外，菲涅尔反射现象还会影响太赫兹波的探测性能，特别是当晶体厚度较小时，探测脉冲会在晶体内部来回反射，形成所谓的法布里-珀罗共振现象，反映在时域谱上会出现许多子峰，从而造成频域谱上的毛刺现象。目前为解决该问题主要采用的方法是在光学元件表面镀层厚度为四分之一入射波长的透明介质薄膜，但是该方法仅仅可以实现单一波长及其附近波长的抗反射性能，难于实现宽波段的抗反射性能，同时，由于镀膜材料和光学晶体表面层材料的不同，理论上彼此之间存在热膨胀系数不匹配，附着力差等问题，这种镀膜方法往往无法解决匹配的问题。且只有当镀膜材料的折射率十分接近晶体材料才能发挥出增透的最大值，因此，对于不同的材料，可供选择的制膜材料也不尽相同且可供选择的范围十分有限，由于THz波段较宽，很难找到一种材料实现整个波段匹配。此外，该膜层的厚度也难以确定。文献“J,DarmoJ,UnterrainerK.Metallicwave-impedancematchinglayersforbroadbandterahertzopticalsystems[J].Opticsexpress,2007,15(11):6552-6560.”公开了一种在Si，GaAs和GaP表面制备Cr和ITO金属层作为抗反射层，该反射层起到了一定的抗反射作用，然而并没有达到增透的效果。因此，通过制备单层膜从而达到增透效果的方法在实际运用中面临重重困难。相比于镀单层膜法，镀多层膜能够实现宽波段的抗反射效果，它是通过在基底材料表面制备多层低折射率层来实现的，“ChenYW,ZhangXC.Anti-reflectionimplementationsforterahertzwaves[J].FrontiersofOptoelectronics,2014,7(2):243-262.”公开了一种在Ge材料上利用CVD方法使用SiH4和O2来制备Si和SiOx交替多层膜，同样地，这种方法可以显著提高在太赫兹波段的透过率，将Ge在太赫兹波段的透过率从60％提高到了60％-99％，在1-4THz波段，总体增透率为0-60％不等，这样的方法主要是根据衬底材料进行计算并且制备，所以该方法原则上也可用于其他材料的表面镀膜提高其太赫兹透过率，但是该方法在太赫兹波段增透不均，从1THz-4THz逐渐降低到没有增透效果。同时由于存在选膜、以及各层膜之间粘附力差、热稳定性差，以及设备昂贵等问题，多层膜法的实际应用价值不大。为了解决表面镀膜带来的种种不足，在元件表面制备微结构成为一种有效的改进方法，该方法通过对晶体表面制备亚波长微结构，根据等效介质理论，这种亚波长结构可以等效于一层一层的均匀介质膜，使得晶体表面折射率呈现渐变趋势，从而降低表面的折射率，进而提高其光学增透性能。并且由于微结构的材料与晶体材料相同，因此不存在沾着力和热稳定的问题，更容易实现更宽波段的抗反射性能。利用传统的毫米或微米切割技术就晶体表面进行切割或腐蚀往往存在精度难以控制、成本较高等问题。而反应离子刻蚀技术为高效、低廉制备表面亚波长微结构提供了一项重要手段。在反应离子刻蚀中，气体放电产生的等离子体中有大量化学活性的气体离子，这些离子与材料表面相互作用导致表面原子产生化学反应，生成可挥发产物。这些挥发产物随真空抽气系统被排走。随着材料表层的“反应-剥离-排放”的周期循环，材料被逐层刻蚀到指定深度。除了表面化学反应外，带能量的离子轰击材料表面也会使表面原子溅射，产生一定的刻蚀作用。所以，反应离子刻蚀是物理和化学刻蚀两种模式的结合。由于反应离子刻蚀可进行大面积制备，对于成本控制具有关键作用。反应离子刻蚀的气氛，刻蚀时间等参数对微结构的尺寸等特性存在重要的影响。目前的微结构制备方法中由于对上述关键因素特别是匹配可以进行有效调节，导致目前的微结构无法达到最优的增透效果，且其制备工艺无法达到大面积制备的需求。
技术实现思路
为了克服现有方法制备的碲化锌晶体表面微结构透过率差的不足，本专利技术提供一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法。该方法将碲化锌晶体机械抛光和化学抛光；用溴甲醇溶液腐蚀碲化锌晶片一定时间，运用反应离子刻蚀的方法采用合适的气氛、功率和气压在碲化锌的上下两个面刻蚀出微结构，刻蚀完之后最后将碲化锌晶片装入晶片夹具，形成器件使用。由于使用了反应离子刻蚀的方法进行表面微结构的刻蚀，使用了优化的工艺和制备参数，相对于
技术介绍
太赫兹透过率提高了30％以上，增透程度最高可达到150％以上，总体均匀增透，同时也降低了生产成本，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将碲化锌晶锭晶锭沿着<110>方向定向切割成碲化锌单晶片。步骤二、切割好的碲化锌单晶片经机械抛光和化学抛光后，直到10倍光学显微镜下看不到明显划痕，碲化锌单晶片表面达到光学镜面级平滑。对碲化锌单晶片进行化学腐蚀，将碲化锌晶片依次在体积分数为1～5％的溴甲醇、甲醇和丙酮的溶液中分别腐蚀清洗10～60s、10～20s和10～20s。步骤三、将碲化锌晶片放入刻蚀室中，并抽真空至本底真空度小于3×10-3Pa，采用CH4:H2＝0:40～10:40的混合气体充当反应气体，采用10～200W的射频功率，刻蚀气压为0～5Pa进行刻蚀0.5～30分钟的工艺在碲化锌晶体表面制备微结构。步骤四、将制备有微结构的碲化锌晶片装入晶片夹具待用。步骤三、将晶片放入刻蚀室中，并抽真空至本底真空度小于3×10-3Pa，采用CH4:H2＝8:40～17:40的混合气体充当反应气体，采用100-200W的射频功率，刻蚀气压为1～2进行刻蚀10-30分钟的工艺在晶体表面制备微结构。步骤四、最后将晶片装入晶片夹具，以便后续测试与使用。本专利技术的有益效果是：该方法将碲化锌晶体机械抛光和化学抛光；用溴甲醇溶液腐蚀碲化锌晶片一定时间，运用反应离子刻蚀的方法采用合适的气氛、功率和气压在碲化锌的上下两个面刻蚀出微结构，刻蚀完之后最后将碲化锌晶片装入晶片夹具，形成器件使用。由于使用了反应离子刻蚀的方法进行表面微结构的刻蚀，使用了优化的工艺和制备参数，相对于
技术介绍
太赫兹透过率提高了30％以上，增透程度最高可达到150％以上，总体均匀增透，同时也降低了生产成本，实用性好。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术方法制备的碲化锌晶体表面微结构示意图。图2是本专利技术方法实施例1制备的ZnTe晶体表面微结构的原子力显微图像。图3是本专利技术实施事例1和实施例2中表面具有微结构的ZnTe晶体与没有进行表面微结构的ZnTe晶体的太赫兹透过谱的对比结果，其中本专利技术方法制备的微结构的ZnTe晶体对太赫兹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将碲化锌晶锭晶锭沿着

【技术特征摘要】
1.一种用于太赫兹波段增透的碲化锌晶体表面微结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将碲化锌晶锭晶锭沿着<110>方向定向切割成碲化锌单晶片；步骤二、切割好的碲化锌单晶片经机械抛光和化学抛光后，直到10倍光学显微镜下看不到明显划痕，碲化锌单晶片表面达到光学镜面级平滑；对碲化锌单晶片进行化学腐蚀，将碲化锌晶片依次在体积分数为1～5％的溴甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：董江鹏，徐亚东，周策，魏子涵，肖宝，李乐琪，介万奇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61