微机电可调氮化物谐振光栅及其双面加工方法技术

本发明专利技术公开了一种微机电可调氮化物谐振光栅，实现氮化物谐振光栅和微型纳米静电驱动器的集成并提出了双面加工法制备微机电可调氮化物谐振光栅的方法；该微机电可调氮化物谐振光栅实现在高阻硅衬底氮化物晶片上，采用薄膜沉积、电子束曝光、光刻、反应离子刻蚀、三五族刻蚀等技术定义和刻蚀器件，采用背后对准工艺和深硅刻蚀技术，去除微机电可调氮化物谐振光栅下方的高阻硅衬底，然后采用三五族刻蚀技术对微机电可调氮化物光栅进行背后减薄，完成悬空微型纳米静电驱动器和谐振光栅的集成；通过微型纳米静电驱动器调控谐振光栅的周期、占空比等结构参数，从而达到改变器件光学性能的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息材料与器件
，涉及双面加工法制备微机电可调氮化物谐振光栅。
技术介绍
氮化物材料，特别是氮化镓材料，在近红外和可见光波段具有优良的光学性能，应用前景广泛。生长在高阻硅衬底上的氮化物材料，为实现微机电可调的氮化物光子器件提供了可能:1，利用高阻硅衬底可以实现器件的绝缘隔离，发挥器件结构之间的静电引力；2，利用深硅刻蚀技术，可以解决高阻硅衬底和氮化物材料的剥离问题，获得悬空的氮化物薄膜；3，氮化物材料和空气的高折射率差异，可以设计实现优良性能的谐振光栅，其光学性能受材料厚度以及光栅结构的影响；4，氮化物材料特别是氮化镓材料具有优良的机械系能，适合发展微机电器件；5，由于静电引力，微纳驱动器见将会产生物理位移，利用弹簧结构，改变谐振光栅的周期、占空比等结构参数，实现对光栅光学性能的调控。
技术实现思路
技术问题:本专利技术提出双面加工法制备微机电可调氮化物谐振光栅，包括固定梳齿、可移动梳齿、弹簧结构和谐振光栅结构。高阻硅衬底氮化物器件层的厚度通常由生长条件决定，厚度自由度较小，为设计氮化物谐振光子器件带来困难，同时厚膜氮化物的刻蚀加工是一大难题。本专利技术提供的技术方法能够解决悬空氮化物器件的加工问题，获得厚度可控的氮化物微纳静电驱动器和谐振光栅，并通过微机电结构和谐振光栅的集成，实现器件结构的可控，从而改变器件的光学性能。技术方案:本专利技术的微机电可调氮化物谐振光栅，在高阻硅衬底氮化物晶片的氮化物层上，设置有第一极性区域、第二极性区域、隔离第一极性区域和第二极性区域的隔离槽，第一极性区域上设置有固定梳齿，第二极性区域上设置有依次连接的谐振光栅结构、弹簧结构和可移动梳齿，可移动梳齿与固定梳齿相对错开设置。本专利技术中，固定梳齿、谐振光栅结构、弹簧结构和可移动梳齿均为纳米结构。本专利技术中，在高阻硅衬底氮化物晶片上，采用悬空氮化物薄膜背后减薄技术，实现氮化物层厚度可调的微机电可调氮化物谐振光栅器件。本专利技术制备微机电可调氮化物谐振光栅的双面加工方法，利用高阻硅的物理特性，实现驱动器固定部分和可移动部分的分离，利用静电引力驱动器件的可移动部分，改变氮化物谐振光栅的结构参数，调控器件的光学性能。包括如下具体步骤: 1)在高阻硅衬底氮化物晶片上进行背后抛光减薄；2)在高阻硅衬底氮化物晶片上形成掩膜层，然后在掩膜层上定义微型纳米静电驱动器和氮化物谐振光栅的器件结构，之后将微型纳米静电驱动器和氮化物谐振光栅的器件结构从掩膜层转移至高阻硅衬底氮化物晶片的氮化物层上； 3)去除残余的掩膜层； 4)在氮化物层上旋涂光刻胶，形成光刻胶层； 5)采用光刻技术，在光刻胶层上定义隔离槽； 6)采用三五族刻蚀技术，在氮化物层上将隔离槽刻蚀至高阻硅衬底； 7)去除氮化物层上剩余的光刻胶层； 8)在氮化物层上旋涂一层保护胶用来保护器件结构，同时在高阻硅衬底层上旋涂一层光刻胶，形成光刻胶层； 9)使用背后对准工艺，定位氮化物层上的器件，具体方法为:采用光刻的方法，在高阻娃衬底层旋涂的光刻胶层上打开与器件位置相对应的窗口 ； 10)采用ICP深硅刻蚀的方法，通过步骤9)形成的光刻胶层窗口，刻蚀高阻硅衬底层，直至氮化物层； 11)采用ICP三五族刻蚀技术刻蚀，通过步骤10)已打开的窗口，继续刻蚀氮化物层，直至实现可移动梳齿与固定梳齿分离，以及谐振光栅结构的分离； 12)去除氮化物层上的保护胶层和高阻硅衬底上剩余的光刻胶层，实现微机电可调谐振光栅。本专利技术的一个优选方案中，步骤2 )和步骤3 )中的掩膜层均为电子束胶层，步骤2 )中采用离子束轰击法或三五族刻蚀技术，将定义的器件结构从电子束胶层转移到氮化物层上。本专利技术的一个优选方案中，步骤2)和步骤3)中的掩膜层包括在高阻硅衬底氮化物晶片上形成的氧化铪掩膜层或二氧化硅掩膜层，以及在氧化铪掩膜层或二氧化硅掩膜层上形成的电子束胶层，步骤2)中，先在电子束胶层上定义微型纳米静电驱动器和氮化物谐振光栅的器件结构，之后采用离子束轰击法或反应离子刻蚀的方法，将微型纳米静电驱动器和氮化物谐振光栅的器件结构从电子束胶层转移至氧化铪掩膜层或二氧化硅掩膜层，然后采用离子束轰击法或三五族刻蚀技术，将定义的器件结构从氧化铪掩膜层或二氧化硅掩膜层转移到氮化物层上。本专利技术可结合氮化物掩膜刻蚀技术，采用二氧化硅或氧化铪薄膜，作为刻蚀掩膜层，可在步骤I)前采用相应的成膜技术，并采用电子束曝光首先在掩膜层定义微纳静电驱动器和谐振光栅结构，通过掩膜层刻蚀技术刻穿掩膜层至氮化物器件层，然后采用离子束轰击或反应离子束刻蚀方法，获得氮化物微纳静电驱动器和谐振光栅结构。有益效果:本专利技术与现有技术相比，具有以下优点: 本专利技术的微机电可调氮化物谐振光栅，实现在高阻硅衬底氮化物晶片上，在微机电可调氮化物谐振光栅下方形成空腔，完成悬空微型纳米静电驱动器和谐振光栅的集成: (O因为高阻硅的物理特性，利用隔离槽，实现第一极性区域和第二极性区域的分离，从而区分出微型纳米静电驱动器的正负极； (2)在第一极性区域和第二极性区域分别施加电压，利用静电引力驱动微型纳米驱动器的可移动梳齿向固定梳齿位移，使弹簧结构发生形变，从而带动谐振光栅结构拉伸或复位，改变谐振光栅结构的周期和占空等结构参数，实现微机电可调氮化物谐振光栅。本专利技术基于高阻硅衬底氮化物材料上，氮化物材料，尤其是氮化镓材料与传统硅晶材料相比在近红外，特别是在可见光波段具有优良的光学性能；利用氮化物材料与空气之间的高折射率差异适合发展近红外与可见光波段的谐振光栅，其光学性能与材料厚度以及谐振光栅结构相关；利用氮化物材料特别是氮化镓材料良好的机械性能，适合发展微型纳米静电驱动器；使微型纳米静电驱动器和谐振光栅集成，通过微型纳米驱动器来调控谐振光栅的周期和占空比等结构参数，可以减少谐振光栅受结构参数的影响，增加谐振光栅的谐振带宽，提高谐振光栅的利用效率，同时还能精密调节谐振光栅的周期和谐振频率，使谐振光栅结构更加精密。本专利技术应用悬空氮化物薄膜背后减薄技术，可以解决顶层氮化物器件的刻蚀难题。通过背后减薄，可以获得厚度可控的氮化物薄膜，形成悬空微机电可调氮化物谐振光栅，满足氮化物谐振光栅的设计需求。附图说明图1为高阻硅衬底微机电可调氮化物谐振光栅示意 图2为高阻硅衬底微机电可调氮化物谐振光栅悬空结构的侧视示意 图3为高阻硅衬底微机电可调氮化物谐振光栅工艺流程图。图中有:第一极性区域1、第二极性区域2、固定梳齿11、谐振光栅结构21、弹簧结构22、可移动梳齿23、隔离槽3。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明: 如图1、2所示，本专利技术设计了一种微机电可调氮化物谐振光栅器件，在高阻硅衬底氮化物晶片的氮化物层上，设置有第一极性区域1、第二极性区域2、隔离第一极性区域I和第二极性区域2的隔离槽3 ;利用高阻硅衬底的物理特性和隔离槽的结构作用，将第一极性区域和第二极性区域隔离开；第一极性区域I上设置有固定梳齿11，第二极性区域2上设置有依次连接的谐振光栅结构21、弹簧结构22和可移动梳齿23，可移动梳齿23与固定梳齿11相对错开设置。本专利技术的一种实施例中，固定梳齿11、谐振光栅结构21、弹簧结构22和可移动梳齿23均为纳米结构。实现载体为高阻硅衬底氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电可调氮化物谐振光栅，其特征在于，在高阻硅衬底氮化物晶片的氮化物层上，设置有第一极性区域（1）、第二极性区域（2）、隔离所述第一极性区域（1）和第二极性区域（2）的隔离槽（3），所述第一极性区域（1）上设置有固定梳齿（11），所述第二极性区域（2）上设置有依次连接的谐振光栅结构（21）、弹簧结构（22）和可移动梳齿（23），所述可移动梳齿（23）与固定梳齿（11）相对错开设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王永进，施政，高绪敏，贺树敏，李欣，于庆龙，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：