一种制作近红外波段三维光子晶体的方法

专利名称：一种制作近红外波段三维光子晶体的方法
技术领域：
本发明涉及一种光子晶体的制作方法，具体涉及一种通过全息-离子束刻 蚀实现的用于近红外波段的三维光子晶体的制作方法。
背景技术：
20世纪50年代以半导体技术大规模应用为代表的微电子革命，把人类带 入了一个飞速发展的电子时代。但随着时代的发展和进步，使得纳米尺度下的 电子器件的进一步集成化变得越来越困难，随之产生的巨大能耗对器件运行速 度和性能提升的影响也变得越来越难以克服，由此形成了所谓的"电子瓶颈" 的困扰。基于光子运动的光子器件给人们带来了解决问题的希望。与电子相比， 光子速度更快且几乎没有相互作用。光子晶体这种可以控制光子运动的新结构 材料的出现有望将这一希望变成现实。由于光子晶体在自辐射抑制、波导及集 成光路等方面的潜在优点，人们期望把它广泛应用于未来的光电集成器件，以 便生产出更小尺寸、更髙集成度和更快处理速度的产品。光子晶体是介电常数不同的两种材料在空间按一定的周期排列所形成的 一种人造"晶体"结构。光子晶体中介电常数是空间的周期函数，与半导体材 料中的电子在周期性势场作用下存在能带相类似，光子晶体也具有光子能带及 带隙，当光的频率位于光子带隙范围内时，它将不能在光子晶体中传播。由于 光子带隙的存在，产生了许多崭新的物理性质，使其可被用于制备髙性能的激 光器、髙质量的选频器、高性能的反射镜等光电子与集成光电子器件，还可用 于制作集成光路的超小型光学元件及光传输处理器件等，其广阔的应用前景使 光子晶体成为当今世界的一个研究热点。光子晶体分为一维、二维和三维光子 晶体，只有三维光子晶体能产生全方向的完全禁带，相比一维、二维光子晶体 仅能产生方向禁带，三维光子晶体具有更普遍的实用性。目前三维光子晶体的主要制备方法有以下几类机械加工法、逐层叠加法、 胶体自组织法和多光束干涉法。 A. 机械加工法1991年，Yablonovitch小组利用传统的机械加工方法制备出了第一个具 有完全带隙的三维光子晶体结构。机械加工法向人们演示了光子禁带位于微波 波段的光子晶体，其晶格常数至多到毫米量级。机械加工费时费力，手段较为 粗糙，只是在早期尝试中采用。B. 逐层叠力口法(Layer-by-layer method)三维光子晶体，总可视为一个层面的周期结构在空间范围的扩展延伸，基 于"层"概念的方法很自然的被引入到了光子晶体的制备，这就是所谓的逐层 叠加法(Layer-by-layer method)。 Ho等人首先应用此方法制备了光子晶体。 他们在基底上堆叠Ah03介质棒，第一层介质棒以等间距d排列(此后每层介 质棒的间距均为d);第二层介质棒与第一层垂直(此后相邻两层介质棒方向均 垂直)；第三层相对第一层平移d/2;第四层相对第二层平移d/2。依此四层为 一个单元便构成了层叠法制备三维光子晶体的典型结构——堆垛结构 (Woodpile structure)(附图1)。 Lin及其合作者对逐层叠加法作了改进。首先 他们在硅表面沉积一层二氧化硅，然后按照所设计的模板刻蚀所要的棒结构， 在刻蚀过的沟槽里填入硅，用化学机械方法抛光表面，接着再沉积、模板刻蚀 等形成第二层，重复以上步聚，最后用酸洗法去除二氧化硅，这样就形成了面 心立方结构的光子晶体。实验得到的光子禁带位于红外波段(10 14.5微米)。 2000年，Siisumu Noda等在改进的基础上用键合和离子刻蚀技术制备出的光 子晶体棒间距、宽度和深度分别为0. 7微米、0. 19微米和0.20微米。他们 使用的是InP材料，这种结构的完全带隙位于1. 3 1. 55微米。分别研究了 一个单元(4层)的光子晶体和两个单元(8层)的光子晶体在正入射时的透射 谱，发现前者衰减为23dB ，后者衰减超过了40dB。 2004年，Susumu Noda 小组，在之前的工作基础上成功地制作了包含点缺陷和多量子阱结构的三维堆 垛光子晶体，这里使用的是GaAs材料制作了二个堆垛结构单元，中间加入 InGaAsP多量子阱层，实现了1.55微米下，对光传输、光发射的控制，这是 在复杂光子集成上一个很大的进步。上述技术方案中使用了成熟的半导体技术，例如光刻、刻蚀以及包括物理 沉积和化学气相沉积的膜层工艺等。通过层叠法和半导体工艺的结合，使得设 计出的光子晶体具有禁带宽、带隙可达到红外及近红外区的优点。该方法是制 备光子晶体的核心方法之一。但是该方法在制作大面积光子晶体时有很大困 难，而且该方法成本太髙，耗时过长。在近红外区，国内未见有这方面的制作 报道。c.胶体自组织法胶体自组织法也是目前制备光子晶体常用的手段之一。胶体晶体是指由分 散胶体粒子形成的三维有序周期结构。人们很早就知道单分散胶体粒子的稀分 散溶液在弱的离子强度情况下，颗粒间在短程静电作用及长程范德华力作用下 可以自发排列形成面心立方和体心立方等有序结构。 一般来说，胶体颗粒自组装光子晶体可分为两种 一种是类蛋白石结构；另外一种是反蛋白石结构。早期采用聚合物分子溶液来制备类蛋白石光子晶体，聚合物分子在溶液里自我组 成中空的球体，大量的球体以一种精确有序的方式聚集在一起形成周期结构。 另外还有硅土颗粒，颗粒的大小一般为微米或亚微米量级，可形成具有面心立 方结构的胶体晶体。由于所用的材料折射率比和填充比的限制，由类蛋白石结 构很难获得完全带隙的光子晶体。进行后续烘烤可以提髙材料的介电系数配 比，但难以克服所带来的结构坍塌。为解决这一问题，人们发明了反蛋白石结 构，又称为模板法，即利用二氧化硅、聚苯乙烯等生长出的胶体晶体作为模板， 再往其空隙中填充髙折射率材料的有机或无机材料，如染料、金属纳米粒子、 硅等，多次填充后通过髙温煅烧或刻蚀除去模板，留下反蛋白石三维周期结构。国内的李宇杰等采用溶剂蒸发法以800nm Si02微球制备胶体晶体模板，用 LPCVD技术制备了硅反蛋白石三维光子晶体，通过调节化学气相沉积条件得 到了填充率分别为70%与85%的硅反蛋白石三维光子晶体。光谱测试结果表 明其在近红外区(中心波长1310nm与1410nm)处存在光学带隙。胶体自组装技术工艺简单，可用材料广泛，在制备大周期光子晶体时有着 无可比拟的优势。伹也存在一些缺点，例如可形成的晶格结构不多，难以避免 多晶产生以及层间错位和结构坍塌等。D.多光束干涉法多光束干涉法是制备光子晶体的另一种新手段。光栅实际上就是由双光束 干涉形成的一种一维光子晶体。通过三光束干涉可以获得二维光子晶体周期图
案。基于全息光刻和光诱聚合作用的多光束干涉法的一般步骤是，首先在基板 上沉积一层感光树脂，然后利用多束激光束照射曝光形成干涉图案，接着用有 机溶剂冲洗。由于被曝光的那部分树脂固化，未被曝光的那部分树脂被冲走， 这样就形成了一个充满空气孔的周期结构。这种结构可以直接作为光子晶体， 但由于感光树脂本身较空气介电常数配比很低，很难产生光子带隙，因此常以 此作模板，向空气孔穴中填入其它高介电常数的材料，进行后续处理以获得光 子带隙。Campbell等人利用四光束干涉得到了面心及体心结构的光子晶体。 EnbangLi等人应用四光束干涉法在实验中讨论了各激光束强度比、偏振态等 参数变化对干涉图案的影响。Shoji小组采用连续波(CW)激光，结合双光束干 涉和三光束干涉制备了简单的六角格子光子晶体，经典的堆垛结构三维光子晶 体同样也由他们利用四光束干涉法制得了。国内开展这方面工作的有中山大学 的汪河洲课题组，他们近期开展了周期性缺陷结构、髙次对称性准晶结构等方 面的研究工作，实验上形成了三角晶格的二维光子晶体耦合微腔阵列，结合群 论分析了形成准晶光场的基本光束数，从而制作8重、10重和12重二维准晶 只需要5束相干光。多光束干涉法通过曝光形成周期结构，既可以产生大量的周期，同时也保 证了结构均匀性，更重要的是通过控制激光束的入射角、光束强度、偏振方向 及相位，为设计晶格结构类型提供了更多的自由度。但目前适合的全息记录材 料有限，尚没有制作成实用化的近红外的三维光子晶体，并且多光束干涉法并 不能制造所有结构的三维光子晶体。光通讯领域常用波长为1.55微米(近红外波段)，与此对应的三维光子晶 体晶格常数为深亚微米(约0.5微米)，对应到堆垛结构中的周期d约在0.75 微米左右。由于上述技术方案存在的问题，制作可见光和光通讯领域的近红外 波段的三维光子晶体仍面临很大困难。发明内容本发明目的是提供一种制作三维光子晶体的方法，以适于制作大面积的三 维光子晶体，可应用于光通讯领域的近红外波段。为达到上述目的，本发明的总体构思是，利用全息干涉形成一维光子晶体
掩模，通过离子束刻蚀或反应离子束刻蚀把掩模转移到硅基底材料上的Si02层上，在刻蚀过的沟槽里填入髙折射率材料(如硅等)，用离子束刻蚀法抛光表面，接着再沉积上Si02,涂布光刻胶、全息光刻、离子束刻蚀等形成第二层， 重复以上步聚，层与层之间釆用莫尔条纹法对准，最后使用酸洗法去除Si02，这样就构建了三维光子晶体。本发明采用的技术方案是 一种制作近红外波段三维光子晶体的方法，采用 逐层叠加法实现，包括以下步骤(1) 在硅基片上沉积二氧化硅层；(2) 涂布光刻胶，采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模；(3) 釆用反应离子束刻蚀实现掩模转移，在二氧化硅层上形成沟槽；(4) 将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分刻蚀过的沟 槽内填入髙折射率材料硅；(5) 采用离子束刻蚀法抛光表面；(6) 在第一参考光栅区以外的部分再沉积上二氧化硅层；(7) 将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5),制作第2层；(8) 将硅基片与第一参考光栅区垂直的另一侧边缘部设定为第二参考光栅 区，在除第一参考光栅区和第二参考光栅区外的部分再沉积上二氧化硅层；(9) 将硅基片逆向旋转90度至原位，重复步骤(2)至(5),制作奇数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第一参考光栅区形成莫尔条纹， 采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个奇数层之间相差1/2个周期，然后去除遮光，进行全息光刻；鹏将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5),制作偶数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第二参考光栅区形成莫尔条纹，采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个偶数层之间相差1/2个周期，然后去除遮光，进行全息光刻；(H)重复步骤(9)和鹏，直至完成所有层的制作； 使用酸洗法去除二氧化硅，获得所需的三维光子晶体。 上述技术方案中，所述第一参考光栅区形成的是空气一二氧化硅光栅，与其同一技术构思，也可以采用硅填充的硅一二氧化硅光栅实现，此时，上述技 术方案中的步骤(4)至(6)可以改变为(4) 在刻蚀过的沟槽内填入高折射率材料硅；(5) 采用离子束刻蚀法抛光表面；(6) 将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分再沉积上二 氧化硅层。其它步骤不变。上述技术方案中，采用全息-离子束刻蚀方法，获得的三维光子晶体为堆 垛结构，适用于近红外波段，1.55微米附近。其中，所述离子束刻蚀法抛光 表面时，采用大角度掠入射、长时间刻蚀；所述二氧化硅层的沉积采用ECR-CVD 方法或者真空镀膜方法通常，1、 2、 3、 4层构成一个单元结构，其中1、 3 层之间相差1/2个周期，2、 4层之间相差1/2个周期，1、 3层和2、 4层互相 垂直，构成三维堆垛单元结构，在制作中，根据需要可以重复多个上述单元结 构。上文中，光学莫尔条纹法是一种现有技术，其基本原理是，利用莫尔条纹 的性质，即如果两个光栅之一移动，则等差条纹发生移动，当相对移动一个条 纹的间距时，等差条纹就移动一个条纹间距。莫尔条纹的疏密(条纹间距d) 与两光栅之间的夹角6相对应，如附图2所示。利用参考光栅的光学莫尔条纹来实现1、 3层，2、 4层之间的对准的实现 过程如下a. 在进行第1层全息掩模制作的时候，我们在干涉光场中还同时记录下 第一参考光栅，它是整个掩模的一部分，此部分在之后的制作过程中均保护起 来，作为参考光栅使用；同样，在进行第2层全息掩模制作的时候(与第一层垂直，即只需要把掩 模板旋转90。即可)，我们在干涉光场中还同时记录下第二参考光栅，它也是 整个掩模的一部分，此部分在之后的制作过程中均保护起来，作为参考光栅使 用；b. 到制作第3层时，我们先把全息掩模装到曝光支架上，把主掩模用黑 板进行遮挡，用原两束干涉光对其照明，此时可以观察到参考光栅在记录光场 中形成的莫尔条纹(由光束1的透射光光束与光束2的1级衍射光光束所产 的信息，根据零条纹产生时的两种情况，当零条纹 最亮时，此时干涉光场是与第一层记录时的干涉光场的位相差为零；当零条纹 最暗时，此时干涉光场是与第一层记录时的干涉光场的位相差为h(即此时干 涉光场条纹与第一层干涉条纹平移d/2)。利用位相控制系统控制莫尔条纹的 位相，使参考光栅再现的莫尔条纹信息为零条纹最暗。c.在实现上述定位后，将遮挡主掩模的黑板撤掉，对第3层掩模进行曝 光，完成第3层全息掩模的制作；同样的方法适用于第4层的制作。上述技术方案中，所述步骤(2)中，采用全息光刻方法制作的一维光栅结构 的周期(d)为0.35 2微米；占宽比(附图1中的w/d)为0.3 0.65。上述技术方案中，所述步骤(3)中，采用三氟甲烷反应离子束刻蚀，离子能 量360 410ev,离子束流80 100mA,加速电压250 280v，工作压强1.3X 10_2Pa。所述步骤(5)中，所述离子束抛光采用氩离子束刻蚀，离子能量380 430ev, 离子束流70 110mA，加速电压250 300v,工作压强2. 0X l(TPa，刻蚀角度 55 65度。由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1. 本发明提出了一种新的构建近红外波段(1.55微米附近)三维光子晶体的方法一全息-离子束刻蚀法，该方法充分利用了全息光刻的亚微米分辨率， 相比已有的制作方法，可以制作大面积的三维光子晶体，之后可根据需要切割成小块，具有高效低成本的优势；同时，在干涉场中，通过改变两束相干光的 波前，便于引入大面积、周期性的缺陷。2. 本发明采用离子束抛光，与现有技术中的化学机械抛光相比，具有对 外界环境的振动、温度变化以及装卡稳定性不敏感的优点，以及通过一次加工 过程即可实现对面形误差的完全修正。3. 本发明通过设置两个参考光栅区，采用光学莫尔条纹法实现定位，使用同一个光学系统，具有方便、快捷、精度髙的优点。


图1是三维堆垛结构光子晶体的示意图2是本发明采用的莫尔条纹法示意图3是本发明实施例一中采用的光学系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一 一种制作近红外波段三维光子晶体的方法，釆用逐层叠加法实现， 包括以下步骤
(1) 采用ECR-CVD方法在硅基片上沉积二氧化硅层，控制厚度为0. 2微米；
(2) 涂布光刻胶，采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模，获得的一 维光栅结构的周期(d)为0.7微米；占宽比(w/d)为0.4;
(3) 采用反应离子束刻蚀实现掩模转移，在二氧化硅层上形成沟槽，本实施 例中，采用三氟甲垸反应离子束刻蚀，离子能量390ev，离子束流90mA，加速 电压270v，工作压强1. 3X10—2Pa;
(4) 釆用ECR-CVD方法，在刻蚀过的沟槽内填入髙折射率材料硅；
(5) 采用离子束刻蚀法抛光表面，所述离子束抛光采用氩离子束刻蚀，离子 能量400ev，离子束流100mA，加速电压280v，工作压强2. 0X 10—2Pa,刻蚀角 度60度；
(6) 将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分再沉积上二 氧化硅层；
(7) 将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作第2层；
(8) 将硅基片与第一参考光栅区垂直的另一侧边缘部设定为第二参考光栅 区，在除第一参考光栅区和第二参考光栅区外的部分再沉积上二氧化硅层；
(9) 将硅基片逆向旋转90度至原位，重复步骤(2)至(5),制作奇数层，其中，
在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第一参考光栅区形成莫尔条纹， 采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个奇数层之间相差1/2个周期，然后
去除遮光，进行全息光刻；
鹏将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5),制作偶数层，其中，在制作光
刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第二参考光栅区形成莫尔条纹，釆用光 学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个偶数层之间相差1/2个周期，然后去除遮
光，进行全息光刻；
Cll)重复步骤(9)和鹏，直至完成所有层的制作； dZ)使用酸洗法去除二氧化硅，获得所需的三维光子晶体。 本实施例获得的三维光子晶体为堆垛结构，适用于近红外波段，1.55微
米附近。
参见附图3，为本实施例中采用的光学系统示意图。入射激光被分束镜10 分为两束，分别由第一反射镜11和第二反射镜21反射，分别经第一透镜12 和第二透镜22在被制作的硅基材13表面形成干涉条纹。硅基材13表面可以 划分为主掩模区14、第一参考光栅区15和第二参考光栅区16,主掩模区经多 层制备形成三维光子晶体，第一参考光栅区15和第二参考光栅区16则分别在 干涉光束的照射下形成莫尔条纹17,用于实现硅基材13的定位。其中，第一 反射镜11被安装于微位移器件18上，由位相控制系统控制实现对光程差的调 节，从而实现l、 3层和2、 4层之间位相差的调节。
本实施例中，利用参考光栅的光学莫尔条纹来实现1、 3层，2、 4层之间 的对准的实现过程如下
a. 在进行第1层全息掩模制作的时候，我们在干涉光场中还同时记录下 第一参考光栅，它是整个掩模的一部分，此部分在之后的制作过程中均保护起 来，作为参考光栅使用；
同样，在进行第2层全息掩模制作的时候(与第一层垂直，即只需要把掩 模板旋转90。即可)，我们在干涉光场中还同时记录下第二参考光栅，它也是 整个掩模的一部分，此部分在之后的制作过程中均保护起来，作为参考光栅使 用；
b. 到制作第3层时，我们先把全息掩模装到曝光支架上，把主掩模用黑 板进行遮挡，用原两束干涉光对其照明，此时可以观察到参考光栅在记录光场 中形成的莫尔条纹，用CCD接收莫尔条纹的信息，根据零条纹产生时的两种情 况，当零条纹最亮时，此时干涉光场是与第一层记录时的干涉光场的位相差为 零；当零条纹最暗时，此时干涉光场是与第一层记录时的干涉光场的位相差为 冗(即此时干涉光场条纹与第一层干涉条纹平移d/2)。利用位相控制系统控 制莫尔条纹的位相，使参考光栅再现的莫尔条纹信息为零条纹最暗。其中位相
控制系统是通过控制图3中反射镜1的前后位置，实现光程调节，达到位相控 制的目的。
c.在实现上述定位后，将遮挡主掩模的黑板撤掉，对第3层掩模进行曝 光，完成第3层全息掩模的制作；同样的方法适用于第4层的制作。
实施例二 一种制作近红外波段三维光子晶体的方法，采用逐层叠加法实现， 包括以下步骤
(1) 采用ECR-CVD方法在硅基片上沉积二氧化硅层，控制厚度为0. 2微米；
(2) 涂布光刻胶，采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模，获得的一 维光栅结构的周期(d)为0.7微米；占宽比(w/d)为0.35;
(3) 采用反应离子束刻蚀实现掩模转移，在二氧化硅层上形成沟槽，本实施 例中，采用三氟甲烷反应离子束刻蚀，离子能量390ev，离子束流90mA，加速 电压270v,工作压强1. 3X10_2Pa;
(4) 将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分刻蚀过的沟 槽内采用ECR-CVD方法填入高折射率材料硅；
(5) 采用离子束刻蚀法抛光表面，所述离子束抛光采用氩离子束刻蚀，离子 能量400ev，离子束流100mA,加速电压280v，工作压强2. 0X 10—2Pa,刻蚀角 度60度；
(6) 在第一参考光栅区以外的部分再沉积上二氧化硅层；
(7) 将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作第2层；
(8) 将硅基片与第一参考光栅区垂直的另一侧边缘部设定为第二参考光栅 区，在除第一参考光栅区和第二参考光栅区外的部分再沉积上二氧化硅层；
(9) 将硅基片逆向旋转90度至原位，重复步骤(2)至(5)，制作奇数层，其中，
在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第一参考光栅区形成莫尔条纹， 采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个奇数层之间相差1/2个周期，然后
去除遮光，进行全息光刻；
⑩将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5),制作偶数层，其中，在制作光
刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第二参考光栅区形成莫尔条纹，采用光 学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个偶数层之间相差1/2个周期，然后去除遮 光，进行全息光刻；
(n)重复步骤(9)和鹏，直至完成所有层的制作； 02)使用酸洗法去除二氧化硅，获得所需的三维光子晶体。
权利要求
1. 一种制作近红外波段三维光子晶体的方法，采用逐层叠加法实现，其特征在于，包括以下步骤(1)在硅基片上沉积二氧化硅层；(2)涂布光刻胶，采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模；(3)采用反应离子束刻蚀实现掩模转移，在二氧化硅层上形成沟槽；(4)将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分刻蚀过的沟槽内填入高折射率材料硅；(5)采用离子束刻蚀法抛光表面；(6)在第一参考光栅区以外的部分再沉积上二氧化硅层；(7)将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作第2层；(8)将硅基片与第一参考光栅区垂直的另一侧边缘部设定为第二参考光栅区，在除第一参考光栅区和第二参考光栅区外的部分再沉积上二氧化硅层；(9)将硅基片逆向旋转90度至原位，重复步骤(2)至(5)，制作奇数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第一参考光栅区形成莫尔条纹，采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个奇数层之间相差1/2个周期，然后去除遮光，进行全息光刻；(10)将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作偶数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第二参考光栅区形成莫尔条纹，采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个偶数层之间相差1/2个周期，然后去除遮光，进行全息光刻；(11)重复步骤(9)和(10)，直至完成所有层的制作；(12)使用酸洗法去除二氧化硅，获得所需的三维光子晶体。
2. 根据权利要求1所述的制作近红外波段三维光子晶体的方法，其特征 在于所述步骤(2)中，采用全息光刻方法制作的一维光栅结构的周期为0.35 2微米；占宽比为0. 3~0. 65。
3. 根据权利要求1所述的制作近红外波段三维光子晶体的方法，其特征 在于所述步骤(3)中，采用三氟甲垸反应离子束刻蚀，离子能量360 410ev, 离子束流80 100mA，加速电压250 280v，工作压强1. 3X 10—2Pa。
4. 根据权利要求1所述的制作近红外波段三维光子晶体的方法，其特征 在于所述步骤(5)中，所述离子束抛光釆用氩离子束刻蚀，离子能量380 430ev，离子束流70 110mA,加速电压250 300v,工作压强2. 0X 10—2Pa， 刻蚀角度55 65度。
5. —种制作近红外波段三维光子晶体的方法，采用逐层叠加法实现，其特征 在于，包括以下步骤(1) 在硅基片上沉积二氧化硅层；(2) 涂布光刻胶，采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模；(3) 采用反应离子束刻蚀实现掩模转移，在二氧化硅层上形成沟槽；(4) 在刻蚀过的沟槽内填入髙折射率材料硅；(5) 采用离子束刻蚀法抛光表面；(6) 将硅基片的一侧边缘部设定为第一参考光栅区，在其余部分再沉积上二 氧化硅层；(7) 将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作第2层；(8) 将硅基片与第一参考光栅区垂直的另一侧边缘部设定为第二参考光栅 区，在除第一参考光栅区和第二参考光栅区外的部分再沉积上二氧化硅层；(9) 将硅基片逆向旋转90度至原位，重复步骤(2)至(5),制作奇数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第一参考光栅区形成莫尔条纹， 采用光学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个奇数层之间相差1/2个周期，然后 去除遮光，进行全息光刻；鹏将硅基片旋转90度，重复步骤(2)至(5)，制作偶数层，其中，在制作光刻胶掩模时，首先遮光待制作区，利用第二参考光栅区形成莫尔条纹，采用光 学莫尔条纹法进行定位，使相邻两个偶数层之间相差1/2个周期，然后去除遮 光，进行全息光刻；(n)重复步骤(9)和鹏，直至完成所有层的制作； d》使用酸洗法去除二氧化硅，获得所需的三维光子晶体。
全文摘要
本发明公开了一种制作近红外波段三维光子晶体的方法，利用全息干涉形成一维光子晶体掩模，通过离子束刻蚀或反应离子束刻蚀把掩模转移到硅基底材料上的SiO₂层上，在刻蚀过的沟槽里填入高折射率材料，用离子束刻蚀法抛光表面，接着再沉积上SiO₂，涂布光刻胶、全息光刻、离子束刻蚀等形成第二层，重复以上步聚，层与层之间采用莫尔条纹法对准，最后使用酸洗法去除SiO₂，获得所需的三维光子晶体。本发明充分利用了全息光刻的亚微米分辨率，可以制作大面积的三维光子晶体，之后可根据需要切割成小块，具有高效低成本的优势；同时，在干涉场中，通过改变两束相干光的波前，便于引入大面积、周期性的缺陷。
文档编号G03F7/00GK101393303SQ20081015677
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者全 刘, 吴建宏, 李朝明, 胡祖元, 煜 辛, 陈新荣 申请人:苏州大学