纳米科技导论9纳米技术应用集景之二修改.ppt

纳米光栅的压印制作工艺 图 12 石英模版的制作工艺 需要先在石英上用电子束蒸镀30nm的Cr； 匀上电子束胶后，用E-Beam曝光，在胶上显影出模版图形； 利用胶做掩膜，用O2 和Cl2 RIE将图形从胶上转移到Cr上； 在Remover PG中加热3小时剥去电子束胶； 利用Cr做掩膜，用CHF3和O2做RIE将图形从Cr上转移到石英上; 用Cr Remover处理15分钟，去除残留的Cr，留下石英模版。 因为母版的刻蚀深度决定了软模版的深度，从而影响到最终的压印过程，对于压印工艺非常的关键，需要小心的选择。 模版刻蚀完成后，需要放入piranha （H2SO4：H2O2 = 2:1）溶液中清洗，并用去离子水清洗，吹干，储存在干燥的环境中等待下一步防粘工艺。 图 13 利用E-beam制作的光栅模版SEM B、模版的防粘处理 采用湿法防粘工艺，使用的自组装分子层材料为全氟癸基三氯硅烷（1H,1H,2H,2H fluorodecyltrichlor osilane），防粘处理的工艺过程是： 将模版放入H2SO4：H2O2 = 2:1的溶液中清洗，并用去离子水清洗，吹干，储存在干燥的环境中。 将模版浸入含0.6 mmol/mL的 FDTS的异辛烷溶液中10分钟。 将模版取出后迅速放入异辛烷中冲洗干净，最后用丙酮和异丙醇清洗并吹干，储存在干燥环境中。 必须注意的是，因为FDTS化学物质会与水发生反应，生成极其难以去掉的反应物，所以整个防粘处理过程需要在完全无水的环境中完成，不然会对模版造成致命的损坏。 C、SFIL制作二次模版 图14 利用软模版技术和二次模版技术压印的整体过程 首先利用E-Beam制作小面积模版，再利用SFIL技术通过多次复制制作大面积二次母版，然后利用热压印将母版上的图形转移到软模版，最后通过软模版将图形通过紫外压印转移到最终的晶片上。 * 夏金松教授现为光电国家实验室光电子微纳制造工艺平台主任，其课题组以国内领先的微纳 工艺平台为依托，开展硅基光电器件与集成的研究工作，同时具有整套的光电器件测试平台 ，具备完整的从材料到器件再到系统的研究平台。目前，微纳工艺平台拥有世界一流的电子 束曝光设备EBL，电感耦合等离子体刻蚀机ICP等相关硅基器件加工设备，具备制作世界一流 硅基器件的能力。 夏金松老师， 邮箱：jinsongxia@， 电话 027 图1 衍射光栅的原理 光栅的主要功能是利用衍射效应改变特定波长的光的方向，如图1所示。 以纳米光栅为代表的纳米尺度光子学的应用越来越广泛. 衍射光栅在光互联中典型的应用是光纤到 芯片的垂直耦合器，如图2所示: 图 2 光纤到芯片耦合光栅 光纤中发射的光信号方向垂直于波导芯片，利用光栅的衍射特性，光信号被耦合进入芯片上的波导，从而实现了垂直耦合的功能。光栅耦合器可以采用折射率相差很大的半导体材料如SOI制作，具有CMOS工艺兼容，单模体积小的特点，更加利于集成。 在太阳能领域，光栅被用来进一步的提高光电转换效率，如图3所示。在薄膜太阳能电池中的光程过短是影响太阳能效率非常重要的一个原因，垂直入射的光进入太阳能电池后在硅薄膜的底端被反射，从而离开光电池，光在电池中所经历的吸收光程非常的短。 图 3 利用光栅衍射增强太阳能吸收效率的原理 利用衍射光栅的特性，垂直于光电池入射的太阳光经光栅耦合，方向改变为几乎平行于硅薄膜层，这样光在薄膜太阳能电池中需要经历的吸收光程变的很长，这样光电池的吸收效率也将得到很大程度的提高。另外光栅结构使得太阳能两级之间的接触面积更大，减少了光生载流子移动到正负级所需的时间，从而降低了复合几率，也一定程度上提高了光电转换效率。 一、光栅的压印工艺 光栅本身的波长敏感特性，是光栅器件的关键因素，使得其对制作工艺的要求非常高，因此对纳米光栅制作工艺的研究尤为重要。而半导体材料的折射率普遍很高（如 ），因此光栅的周期非常的小，仅有几百纳米左右，必须采用至少特征尺寸为100nm的制作工艺，主要制作方法有： 干涉曝光：利用两束相干光束发生相干产生的周期性干涉条纹对光刻胶进行曝光，经过显影后得到光栅图案。这种方法的优点是成本较低，无需复杂的光路，较短的时间内就可以制作整个外延片上全部的光栅，产出快。但是该技术也有很多缺点，首先它只能制作周期性很强的图形，不能制作任意图形，因此制作相移光栅的工艺非常复杂，而且相干曝光产生的条纹呈正弦形状，深度很浅。 电子束曝光（E-Beam）：利用高能的电子束对光刻胶进行曝光，采用很细的电子束斑和很小的步距按照设计的图形在光刻胶上扫描曝光，显影后得到设计的图案。该技术的优点是可制作任意图形，图形分辨率非常高，最小可达几个纳