多层薄膜结构和使用多层薄膜结构的相移器件制造技术

提供了一种多层薄膜结构和使用多层薄膜结构的相移器件。多层薄膜结构包括交替堆叠的至少一个结晶防止层和至少一个电介质层。至少一个结晶防止层包括非晶材料，并且至少一个结晶防止层的厚度小于至少一个电介质层的厚度。

Multilayer film structure and phase-shifting devices using multilayer film structure

【技术实现步骤摘要】
多层薄膜结构和使用多层薄膜结构的相移器件相关申请的交叉引用本申请要求于2018年9月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0114373的优先权，并在此通过引用完整地并入其公开内容。
本公开的示例实施例涉及多层薄膜结构和使用多层薄膜结构的相移器件，更具体地，涉及一种多层薄膜结构和相移器件，在多层薄膜结构中堆叠对于可见光具有高折射率和低消光系数的材料而不结晶，相移器件使用多层薄膜结构在可见光波段中操作。
技术介绍
可以通过使用尺寸小于光波长的电介质结构的阵列来制造具有在自然界中找不到的独特电学和光学性质的光学器件(例如，超颖材料(metamaterial))。为了制造这种光学器件，使用在对应光的波长下具有高折射率和低吸收率(即，低消光系数)的材料。例如，折射率至少为3.5且消光系数为1x10-5或更小的硅(Si)主要用于波长为1550nm的红外波段。然而，在用于可见光的光学器件中难以使用Si，这是因为在可见光波段中的短波长下Si的光吸收很大。另一方面，在可见光波段中具有低消光系数和高折射率的材料中，具有大表面粗糙度的结晶相比非晶相更加热力学稳定，因此当沉积的膜的厚度变厚时有助于结晶。结晶的结果是，材料的表面粗糙度变大，并且使用包括曝光和蚀刻工艺的传统半导体工艺进行图案化变得困难。
技术实现思路
根据示例实施例的一个方面，一种多层薄膜结构，包括：结晶防止层；以及在所述结晶防止层上的电介质层，其中，所述结晶防止层包括非晶材料，所述结晶防止层的厚度小于所述电介质层的厚度，并且所述结晶防止层和所述电介质层重复地堆叠至少一次。所述多层薄膜结构还可以包括：非晶衬底，其中，所述电介质层可以在所述非晶衬底上，并且所述结晶防止层和所述电介质层可以交替地堆叠在所述电介质层上。所述多层薄膜结构还可以包括：结晶衬底，其中，所述结晶防止层和所述电介质层可以交替地堆叠在所述结晶衬底上。所述电介质层在可见光波段中的折射率可以为2.4或更大，并且所述电介质层的消光系数可以为1×10-5或更小。所述结晶防止层在可见光波段中的消光系数可以为1×10-5或更小。所述电介质层可以包括非晶材料或者晶粒尺寸为100nm或更小的结晶材料。所述电介质层的厚度可以在50nm至500nm的范围内，并且所述结晶防止层的厚度可以大于0nm且小于或等于10nm。结晶防止层的厚度总和可以为电介质层和结晶防止层的总厚度的5％或更小。所述结晶防止层包括非晶氧化硅(SiO2)、非晶氮化硅(Si3N4)或非晶氧化铝(Al2O3)。所述电介质层可以包括非晶氧化钛(TiO2)、非晶磷化镓(GaP)、非晶氮化镓(GaN)或非晶砷化铝(AlAs)。所述多层薄膜结构的最上表面的表面粗糙度的均方根RMS值为2.5nm或更小。根据示例实施例的一个方面，一种相移器件，包括：多个相移图案，所述多个相移图案的尺寸小于可见光的波长，其中，所述相移图案中的每个相移图案包括重复地堆叠至少一次的结晶防止层和电介质层，其中，所述结晶防止层包括非晶材料，并且所述结晶防止层的厚度小于所述电介质层的厚度。所述相移图案中的每个相移图案可以具有在第一方向上延伸的条或狭缝的形式，并且所述多个相移图案可以沿着与所述第一方向垂直的第二方向一维地布置。所述多个相移图案可以是二维布置的，并且所述相移图案中的每个相移图案可以具有正方形、矩形、圆形或椭圆形形状。所述相移器件可以被应用于可见光波段或近红外波段中的平面透镜、平面滤色器、平面波束偏转器或平面分光镜。根据示例实施例的一个方面，一种多层薄膜结构，包括：至少一个结晶防止层；以及至少一个电介质层，其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶材料，其中，所述至少一个结晶防止层的厚度小于所述至少一个电介质层的厚度，并且其中，所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层交替地堆叠。所述多层薄膜结构还可以包括非晶衬底，其中，所述至少一个电介质层中的最下电介质层设置在所述非晶衬底上。所述多层薄膜结构还可以包括结晶衬底，其中，所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层交替地堆叠在所述结晶衬底上。所述至少一个电介质层在可见光波段中的折射率可以大于或等于2.4，并且所述至少一个电介质层在可见光波段中的消光系数小于或等于1×10-5。所述至少一个结晶防止层在可见光波段中的消光系数可以小于或等于1×10-5。所述至少一个电介质层可以包括晶粒尺寸小于或等于100nm的晶体材料或者包括非晶材料。所述至少一个电介质层的厚度可以在50nm至500nm的范围内，并且所述至少一个结晶防止层的厚度可以小于或等于10nm。全部的所述至少一个结晶防止层的厚度的总和可以小于或等于全部的所述至少一个电介质层和全部的所述至少一个结晶防止层的总厚度的5％。所述至少一个结晶防止层可以包括非晶氧化硅(SiO2)、非晶氮化硅(Si3N4)或非晶氧化铝(Al2O3)。所述至少一个电介质层可以包括非晶氧化钛(TiO2)、非晶磷化镓(GaP)、非晶氮化镓(GaN)或非晶砷化铝(AlAs)。所述多层薄膜结构的最上表面的表面粗糙度的均方根值可以小于或等于2.5nm。根据示例实施例的一个方面，一种相移器件，包括：多个相移图案，所述多个相移图案中的每个相移图案的至少一个维度小于可见光的波长，其中，所述多个相移图案中的每个相移图案包括交替堆叠的至少一个结晶防止层和至少一个电介质层，其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶材料，并且其中，所述至少一个结晶防止层的厚度小于所述至少一个电介质层的厚度。所述相移器件还可以包括非晶衬底，其中，所述多个相移图案中的每个相移图案包括所述至少一个电介质层中的最下电介质层，所述最下电介质层堆叠在所述非晶衬底上。所述相移器件还可以包括结晶衬底，并且所述多个相移图案中的每个相移图案包括交替堆叠在所述结晶衬底上的所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层。所述至少一个电介质层在可见光波段中的折射率可以大于或等于2.4，并且所述至少一个电介质层在可见光波段中的消光系数可以小于或等于1×10-5。所述至少一个结晶防止层在可见光波段中的消光系数可以小于或等于1×10-5。所述至少一个电介质层可以包括晶粒尺寸小于或等于100nm的晶体材料或者包括非晶材料。所述至少一个电介质层的厚度可以在50nm至500nm的范围内，并且所述至少一个结晶防止层的厚度可以小于或等于10nm。所述多个相移图案中的每个相移图案中存在的全部的所述至少一个结晶防止层的厚度的总和可以小于或等于所述多个相移图案中的每个相移图案中存在的全部的所述至少一个电介质层和全部的所述至少一个结晶防止层的总厚度的5％。所述至少一个结晶防止层可以包括非晶氧化硅(SiO2)、非晶氮化硅(Si3N4)或非晶氧化铝(Al2O3)，所述至少一个电介质层可以包括非晶氧化钛(TiO2)、非晶磷化镓(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层薄膜结构，包括：/n至少一个结晶防止层；以及/n至少一个电介质层，/n其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶材料，/n其中，所述至少一个结晶防止层的厚度小于所述至少一个电介质层的厚度，并且/n其中，所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层交替地堆叠。/n

【技术特征摘要】
20180921 KR 10-2018-01143731.一种多层薄膜结构，包括：
至少一个结晶防止层；以及
至少一个电介质层，
其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶材料，
其中，所述至少一个结晶防止层的厚度小于所述至少一个电介质层的厚度，并且
其中，所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层交替地堆叠。


2.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，还包括：
非晶衬底，
其中，所述至少一个电介质层中的最下电介质层设置在所述非晶衬底上。


3.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，还包括：
结晶衬底，
其中，所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层交替地堆叠在所述结晶衬底上。


4.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个电介质层在可见光波段中的折射率大于或等于2.4，并且所述至少一个电介质层在可见光波段中的消光系数小于或等于1×10-5。


5.根据权利要求4所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个结晶防止层在可见光波段中的消光系数小于或等于1×10-5。


6.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个电介质层包括晶粒尺寸小于或等于100nm的晶体材料或者包括非晶材料。


7.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个电介质层的厚度在50nm至500nm的范围内，并且所述至少一个结晶防止层的厚度小于或等于10nm。


8.根据权利要求7所述的多层薄膜结构，其中，全部的所述至少一个结晶防止层的厚度的总和小于或等于全部的所述至少一个电介质层和全部的所述至少一个结晶防止层的总厚度的5％。


9.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶氧化硅SiO2、非晶氮化硅Si3N4或非晶氧化铝Al2O3。


10.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述至少一个电介质层包括非晶氧化钛TiO2、非晶磷化镓GaP、非晶氮化镓GaN或非晶砷化铝AlAs。


11.根据权利要求1所述的多层薄膜结构，其中，所述多层薄膜结构的最上表面的表面粗糙度的均方根值小于或等于2.5nm。


12.一种相移器件，包括：
多个相移图案，所述多个相移图案中的每个相移图案的至少一个维度小于可见光的波长，
其中，所述多个相移图案中的每个相移图案包括交替堆叠的至少一个结晶防止层和至少一个电介质层，
其中，所述至少一个结晶防止层包括非晶材料，并且
其中，所述至少一个结晶防止层的厚度小于所述至少一个电介质层的厚度。


13.根据权利要求12所述的相移器件，还包括：
非晶衬底，
其中，所述多个相移图案中的每个相移图案包括所述至少一个电介质层中的最下电介质层，所述最下电介质层堆叠在所述非晶衬底上。


14.根据权利要求12所述的相移器件，还包括：
结晶衬底，并且
所述多个相移图案中的每个相移图案包括交替堆叠在所述结晶衬底上的所述至少一个结晶防止层和所述至少一个电介质层。


15.根据权利要求14所述的相移器件，其中，所述至少一个电介质层在可见光波段中的折射率大于或等于2.4，并且所述至少一个电介质层在可见光波段中的消光系数小于或等于1×10-5。


16.根据权利要求15所述的相移器件，其中，所述至少一个结晶防止层在可见...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政烨，金容诚，金材官，李昌承，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR