一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺。包括在基底的上沉积一层二氧化钛膜；在二氧化钛膜的上沉积一层金属层；在金属层的上旋涂一层压印胶层，采用纳米压印方法在压印胶层的上表面上得到微纳结构图案；先对压印胶层和金属层进行刻蚀；再对金属层和二氧化钛膜进行刻蚀，并在基底上得到呈微纳结构图案的二氧化钛。本发明专利技术具有效率高、成本低和可以大面积制备的优点，并且采用本发明专利技术得到的二氧化钛具有优异的深宽比，本发明专利技术制备的二氧化钛的深宽比为10:1；本发明专利技术解决了现有技术中难以大面积制备的技术难题，并且采用本发明专利技术制备的二氧化钛结构垂直度高接近于90度，提高了二氧化钛结构光学性能更优异，并且提高光学传感性能。感性能。感性能。

【技术实现步骤摘要】
一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺


[0001]本专利技术涉及光电探测器件
，具体涉及一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺。
技术背景
[0002]二氧化钛是一种非常有应用前景的材料。拥有独特的光催化特性，更有着非常好的光学性质，如折射率高、可见光到红外的宽透明窗口、低双光子吸收和高非线性能力。除此之外，借由镀膜和刻蚀工艺，二氧化钛能够做到片上集成，实现高性能的非线性应用，如超连续、光频梳；或是实现二氧化钛超表面，应用在如结构色、超透镜、增强光催化等方面；同时也能够应用在回音壁光学微腔中，利用高Q值的二氧化钛光学微腔，实现如增强与物质相互作用，光学传感等应用。
[0003]在过去的几十年里，人们在寻找与CMOS工艺兼容的光波导材料的同时也在寻找着具有强非线性效应的材料。超高速全光处理需要近乎瞬时的材料响应。对于大于1Tb/s的比特率，目前只有在利用无源、非谐振的非线性效应，如电子克尔效应才能实现。因此，我们需要最大化克尔非线性(Kerr nonlinearity)，同时尽量减少寄生双光子的吸收。
[0004]硅具有高折射率和与硅基集成电路的集成能力。但是硅材料的电子带隙很小(1.12eV)，使得其双光子吸收(Two
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photon absorption)限制了硅光子器件在1300/1550nm通信波段附近的非线性性能。虽然氮化硅的克尔非线性与硅相比较小，但由于氮化硅具有小的传播损耗(0.7dB/cm)和大带隙(5eV)使得双光子吸收几乎能够忽略不计，所以作为制备关键的非线性器件方向上的硅的替代材料，氮化硅以及相关的制备工艺的研究得到了广泛研究，如超连续谱发生器和频率梳发生器。但是由于氮化硅的折射率较小(大约2.0)，使得基于氮化硅波导的光子器件封装面积较大，不利于在同一块晶圆片上制造多个芯片。TiO2的带隙为3.1eV，在800
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1600nm波长范围内，这个带隙能量恰好略高于单光子能量的两倍。
[0005]并且TiO2提供了在整个可见光谱范围内，良好的透明度以及在通信波长1300/1500nm处的超快全光功能。它的非线性是硅的25
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30倍。较高的线性折射率(>2.2)可实现光波导的密集片上集成。此外，TiO2价格低廉、储量丰富且无毒。通过常规制造程序，TiO2易于集成到电子或其他光子系统中。这些特性使TiO2成为全光学处理的优秀候选材料。

技术实现思路

[0006]针对目前制备二氧化钛工艺的问题，对比剥离，原子层沉积和刻蚀三种加工工艺，对其刻蚀工艺进行优化，开发出一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺。所得到的二氧化钛具有优异的纵宽比，可以广泛应用于超表面，超透镜，全息成像，波导以及光电探测等领域。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：
[0008]本专利技术的工艺步骤如下：
[0009]步骤S1：将基底的上表面彻底清洗干净，采用原子层沉积(ALD)工艺在上表面上沉积一层一定厚度的二氧化钛膜；
[0010]步骤S2：采用电子束蒸镀工艺在二氧化钛膜的上表面上沉积一层金属层；
[0011]步骤S3：在金属层的上表面上旋涂一层压印胶层，采用纳米压印方法将软模板上凹凸相间的微纳结构图案复制转移到压印胶层的上表面上，在压印胶层的上表面上得到呈凹凸相间的微纳结构图案；微纳结构图案中具有凹处和凸处，凹处和凸处交替布置。
[0012]步骤S4：先对压印胶层上呈凹凸相间的微纳结构图案进行垂直刻蚀，直至刻蚀到压印胶层上微纳结构图案中处于凹处下方的金属层露出来，此时，压印胶层上处于凹处的微纳结构图案已被刻蚀掉，压印胶层上剩余处于凸处的微纳结构图案，然后对露出来的金属层和压印胶层上处于凸处的微纳结构图案进行刻蚀，将压印胶层上呈凹凸相间的微纳结构图案复制转移到金属层上，直至刻蚀到微纳结构图案中处于凹处下方的二氧化钛膜露出来，微纳结构图案中处于凸处的金属层依然存在，再对微纳结构图案中处于凸处的金属层上残留的压印胶层进行清洗，最终在二氧化钛膜上表面得到呈微纳结构图案的金属层；
[0013]步骤S5：对步骤S4中露出来的二氧化钛膜和呈微纳结构图案的金属层进行垂直刻蚀，垂直刻蚀指沿与远离基底的二氧化钛膜的一侧表面垂直的方向进行刻蚀；直至刻蚀到微纳结构图案中处于凹处下方的基底露出来，微纳结构图案中处于凸处的二氧化钛膜依然存在，之后将微纳结构图案中处于凸处的二氧化钛膜上残留的呈微纳结构图案的金属层清洗掉，在基底上得到呈微纳结构图案的二氧化钛，制备二氧化钛的大面积加工是指在12英寸大的基底上得到若干个呈微纳结构图案的二氧化钛超透镜。
[0014]所述步骤S3中，纳米压印的具体过程为：将压印胶层作为纳米压印的图形转移层，采用软模板复制方法将已经制备好的具有凹凸相间微纳结构图案的软模板覆盖到图形转移层上，并施加压力将软模板上凹凸相间的微纳结构图案转移到压印胶层上表面，然后经紫外光固化脱模后，在压印胶层上表面得到呈凹凸相间的微纳结构图案。
[0015]所述步骤S3中，采用匀胶设备以3000r/min的转速在远离二氧化钛膜的金属层的一侧表面上均匀旋涂一层压印胶层，保证金属层上旋涂的压印胶层厚度均匀一致。若是旋涂不均匀，会影响后续步骤S4中的刻蚀效果，进而使得制备的二氧化钛效果不好。
[0016]步骤S1中，基底包括位于上层的硅基底和位于下层的二氧化硅薄膜，在Si基底的上表面上镀一层二氧化硅薄膜。
[0017]所述硅基底中的硅采用抛光后的P型单晶硅。
[0018]原子层沉积能够将沉积薄膜的厚度控制在几个纳米，二氧化钛的ALD沉积工艺相对成熟，能够良好的均匀的覆盖台阶，有着较好的界面质量。
[0019]步骤S4中以刻蚀速度选择比2:1和相同的刻蚀参数对露出来的金属层和压印胶层进行刻蚀。
[0020]步骤S5中以刻蚀速度选择比4:1和相同的刻蚀参数对露出来的二氧化钛膜和呈微纳结构图案的金属层进行垂直刻蚀。
[0021]所述的刻蚀参数包括刻蚀功率的大小、选择的气体以及选择的气体的流量大小。
[0022]刻蚀过程中首先要解决选择比的问题，如果选择比不够，那么刻蚀深度就达不到要求。选择比通常用被刻蚀材料和掩膜材料的刻蚀速率比值来表示掩膜层的抗刻蚀能力。在一定的时间内，基片和掩膜被刻蚀掉的材料厚度分别为Δh1和Δh2，则选择比S＝Δh1/
Δh2。选择比越高，说明在刻蚀过程中，掩膜层消耗的越少，越有利于做深刻蚀。
[0023]本专利技术具有的有益效果是：
[0024]与现有的电子束直写光刻方法在光刻胶上复制图案结构相比较，本专利技术采用纳米压印方法复制图案结构，具有效率高、成本低和可以大面积制备的优点，省去了电子束光刻中需要显影的步骤，制备更加方便，并且采用本专利技术得到的二氧化钛具有优异的深宽比，本专利技术制备的二氧化钛的深宽比为10:1；本专利技术解决了现有技术中难以大面积制备的技术难题，并且采用本专利技术制备的二氧化钛结构垂直度高接近于90度，提高了二氧化钛结构光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：将基底(1)的上表面清洗干净，采用原子层沉积(ALD)工艺在基底(1)的上表面上沉积一层二氧化钛膜(2)；步骤S2：采用电子束蒸镀工艺在二氧化钛膜(2)的上表面上沉积一层金属层(3)；步骤S3：在金属层(3)的上表面上旋涂一层压印胶层(4)，采用纳米压印方法将软模板上凹凸相间的微纳结构图案复制转移到压印胶层(4)的上表面上，在压印胶层(4)的上表面上得到呈凹凸相间的微纳结构图案；步骤S4：先对压印胶层(4)进行垂直刻蚀，直至刻蚀到压印胶层(4)上微纳结构图案中处于凹处下方的金属层(3)露出来，然后对露出来的金属层(3)和压印胶层(4)进行刻蚀，直至刻蚀到微纳结构图案中处于凹处下方的二氧化钛膜(2)露出来，再对金属层(3)上残留的压印胶层(4)进行清洗，最终在二氧化钛膜(2)上表面得到呈微纳结构图案的金属层(3)；步骤S5：对步骤S4中露出来的二氧化钛膜(2)和呈微纳结构图案的金属层(3)进行垂直刻蚀，直至刻蚀到微纳结构图案中处于凹处下方的基底(1)露出来，之后将二氧化钛膜(2)上残留的呈微纳结构图案的金属层(3)清洗掉，在基底(1)上得到呈微纳结构图案的二氧化钛。2.根据权利要求1所述的制备二氧化钛超透镜的大面积加工工艺，其特征在于：所述步骤S3中，纳米压印的具体过程为：将压印胶层(4)作为纳米压印的图形转移层，采用软模板复制方法将已经制备好的具有凹凸相间微纳结构图案的软...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琬皎，郭小青，
申请(专利权)人：杭州欧光芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：