一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法技术

本公开提供了一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，包括：在硅晶圆上制作硅凹槽阵列；在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末；高温烧结玻璃粉末，使玻璃粉末软化、回流，冷却后形成玻璃微结构阵列；平坦化玻璃微结构阵列的底面；对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出玻璃微结构阵列，并在玻璃微结构阵列的外围形成硅支撑结构；在玻璃微结构阵列表面沉积透明电极层；另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一侧面沉积透明电极层；将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与玻璃微结构阵列外围的硅支撑结构进行键合，形成封闭腔体。利用本公开，能够得到高深宽比的玻璃微结构阵列，从而制备出光学调制器。制器。制器。

【技术实现步骤摘要】
一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法


[0001]本公开涉及微纳机电系统制造
，特别涉及一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法。

技术介绍

[0002]光场成像通过对采集到的光场数据进行计算处理，恢复三维世界的视觉信息，弥补了传统成像只能记录二维信息的不足，被认为是下一代重要的显示成像技术。
[0003]在相机中引入光学调制器是目前实现光场采集的主要方式之一。将玻璃微结构阵列用于光学调制器，是打破光场采集角度与空间分辨率制约关系，保持高信噪比的有益尝试。其中，玻璃微结构阵列的深宽比直接影响光学成像的空间分辨率和空间调制范围，现有玻璃微结构阵列的深宽比难以满足更大的空间调制范围的需求。
[0004]利用干法刻蚀和玻璃回流技术加工出的玻璃微结构具备表面光滑、侧壁垂直和高深宽比等优点，是高质量制备玻璃微结构阵列的有效途径。现有干法刻蚀工艺速率慢、成本高，目前的玻璃回流工艺一般采用阳极键合加高温退火的方式实现，在高深宽比玻璃微结构制备方面仍存在加工时间长和成型困难等问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，以至少部分解决上述技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]根据本公开的一个方面，提供了一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，包括：在硅晶圆上制作硅凹槽阵列；在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面；高温烧结玻璃粉末，使玻璃粉末软化、回流，冷却后形成玻璃微结构阵列；平坦化玻璃微结构阵列的底面；对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出玻璃微结构阵列，并在玻璃微结构阵列的外围形成硅支撑结构；在玻璃微结构阵列表面沉积透明电极层；另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一侧面沉积透明电极层；以及将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与玻璃微结构阵列外围的硅支撑结构进行键合，形成封闭腔体。
[0009]在一些实施例中，所述在硅晶圆上制作硅凹槽阵列的步骤，包括：选取双表面抛光的硅晶圆，在硅晶圆上表面利用光刻胶或SiO2作为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺对硅晶圆进行刻蚀，形成硅凹槽阵列。
[0010]在一些实施例中，所述硅凹槽阵列作为制作玻璃微结构阵列的模具。所述硅凹槽阵列中的硅凹槽采用圆柱体空心结构或多边形柱状体空心结构，或者采用含圆柱体硅阵列结构或含多边形柱状体硅阵列结构。所述硅凹槽的宽度为100nm～10μm，相邻硅凹槽之间的间距为100nm～10μm。
[0011]在一些实施例中，所述在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面的步骤中，所述玻璃粉末为研磨玻璃形成的纳米级尺寸玻璃粉末，或者所述玻璃粉末为以SiO2纳米粉末为主，辅以含硼化合物纳米粉末、含铝化合物纳米粉末或含钠化合物纳米粉末中的至少一种纳米粉末，而组成的混合粉末。所述纳米级尺寸玻璃粉末是由块状玻璃研磨成的尺寸为10nm～1μm颗粒状粉末，所述SiO2纳米粉末、含硼化合物纳米粉末、含铝化合物纳米粉末或含钠化合物纳米粉末的尺寸为10nm～1μm。
[0012]在一些实施例中，所述在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面的步骤中，所述玻璃粉末填充厚度高于硅凹槽阵列，同时在硅晶圆上表面连接为一体，完全覆盖硅晶圆的上表面，且所述玻璃粉末在硅晶圆上表面的厚度至少为200μm。
[0013]在一些实施例中，所述高温烧结玻璃粉末，使玻璃粉末软化、回流，冷却后形成玻璃微结构阵列，包括：填充及覆盖有玻璃粉末的硅晶圆被放置于高温管式炉内，以3～6℃/min的速率从室温升温至900～1200℃，在900～1200℃保温3～5小时，再以3～6℃/min的降温速率从900～1200℃降温至550～600℃，在550～600℃保温1～2小时，然后以3～6℃/min的降温速率或自然冷却方式从550～600℃冷却至室温，形成玻璃微结构阵列。
[0014]在一些实施例中，所述平坦化玻璃微结构阵列的底面的步骤中，所述平坦化选取化学机械研磨方法。
[0015]在一些实施例中，所述对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出玻璃微结构阵列，并在玻璃微结构阵列的外围形成硅支撑结构的步骤中，所述硅支撑结构为四方形环状结构，所述玻璃微结构阵列均位于四方形环状结构内，所述硅支撑结构的厚度与硅晶圆的厚度一致。
[0016]在一些实施例中，所述在玻璃微结构阵列表面沉积透明电极层与所述在玻璃圆片的一侧面沉积透明电极层，二者采用相同的材料，所述材料为ITO或AZO，沉积方式均采用ALD。
[0017]在一些实施例中，所述将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与玻璃微结构阵列外围的硅支撑结构进行键合的步骤中，所述键合方式采用阳极键合。
[0018]根据本公开的另一个方面，提供了一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器，采用所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法制备而成。
[0019](三)有益效果
[0020]从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，至少具有以下有益效果：
[0021]1、利用本公开，由于硅凹槽深宽比决定了玻璃微结构深宽比，而玻璃微结构阵列由玻璃粉末烧结直接制备，所以能够获得高深宽比的玻璃微结构阵列，进而得到高深宽比的光学调制器。
[0022]2、利用本公开，制备过程相较于玻璃
‑
硅键合及热回流工艺，减少了玻璃
‑
硅键合步骤，缩短了制备时间，提高了制备效率。
[0023]3、利用本公开，采用的玻璃粉末可自行调配成分，因此玻璃微结构阵列的透光度可依据材料特性进行调整，能够显著地提高玻璃微结构阵列的透光性能。
附图说明
[0024]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0025]图1为依照本公开实施例的制备基于玻璃微结构阵列的光学调制器的方法流程图。
[0026]图2为依照本公开实施例的在硅晶圆上制作硅凹槽阵列的示意图。
[0027]图3为依照本公开实施例的在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面的示意图。
[0028]图4为依照本公开实施例的高温烧结玻璃粉末，使玻璃粉末软化、回流，冷却后形成玻璃微结构阵列的示意图。
[0029]图5为依照本公开实施例的平坦化玻璃微结构阵列底面的示意图。
[0030]图6为依照本公开实施例的对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出玻璃微结构阵列，并在玻璃微结构阵列的外围形成硅支撑结构的示意图。
[0031]图7为依照本公开实施例的在玻璃微结构阵列表面沉积透明电极层及在玻璃圆片的一侧面沉积透明电极层的示意图。
[0032]图8为依照本公开实施例的将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与玻璃微结构阵列外围的硅支撑结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，包括：在硅晶圆上制作硅凹槽阵列；在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面；高温烧结玻璃粉末，使玻璃粉末软化、回流，冷却后形成玻璃微结构阵列；平坦化玻璃微结构阵列的底面；对硅晶圆背面进行刻蚀或腐蚀，完全释放出玻璃微结构阵列，并在玻璃微结构阵列的外围形成硅支撑结构；在玻璃微结构阵列表面沉积透明电极层；另取一块玻璃圆片，在玻璃圆片上加工出填充液出入口，并在玻璃圆片的一侧面沉积透明电极层；以及将玻璃圆片沉积有透明电极层的一面与玻璃微结构阵列外围的硅支撑结构进行键合，形成封闭腔体。2.根据权利要求1所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述在硅晶圆上制作硅凹槽阵列的步骤，包括：选取双表面抛光的硅晶圆，在硅晶圆上表面利用光刻胶或SiO2作为掩膜，采用深反应离子刻蚀工艺对硅晶圆进行刻蚀，形成硅凹槽阵列。3.根据权利要求2所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述硅凹槽阵列作为制作玻璃微结构阵列的模具。4.根据权利要求2所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述硅凹槽阵列中的硅凹槽采用圆柱体空心结构或多边形柱状体空心结构，或者采用含圆柱体硅阵列结构或含多边形柱状体硅阵列结构。5.根据权利要求2所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述硅凹槽的宽度为100nm～10μm，相邻硅凹槽之间的间距为100nm～10μm。6.根据权利要求1所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述在硅凹槽阵列中致密填充玻璃粉末，且玻璃粉末完全覆盖硅晶圆表面的步骤中，所述玻璃粉末为研磨玻璃形成的纳米级尺寸玻璃粉末，或者所述玻璃粉末为以SiO2纳米粉末为主，辅以含硼化合物纳米粉末、含铝化合物纳米粉末或含钠化合物纳米粉末中的至少一种纳米粉末，而组成的混合粉末。7.根据权利要求6所述的基于玻璃微结构阵列的光学调制器的制备方法，其特征在于，所述纳米级尺寸玻璃粉末是由块状玻璃研磨成的尺寸为10nm～1μm颗粒状粉末，所述SiO2纳米粉末、含硼化合物纳米粉末、含铝化合物纳米粉末或含钠化合物纳米粉末的尺寸为10nm～1μm。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏杰，杜晓辉，刘帅，刘丹，熊艳伟，李小娟，刘瑞，
申请(专利权)人：北京智芯微电子科技有限公司国网信息通信产业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：