光电工程师社区

标题: 闪耀光栅？！ [打印本页]

作者: lyh6328 时间: 2003-4-3 01:20
标题: 闪耀光栅？！
那儿有闪耀光栅，我要闪耀波长1000nm以上的闪耀光栅！
那位讲讲闪耀光栅的情况！

作者: lyh6328 时间: 2003-4-3 21:07
标题: 闪耀光栅？！
那位高手能否谈谈闪耀光栅的制作以及设计等情况!

作者: 蓝色沸点 时间: 2003-4-25 22:18
标题: 闪耀光栅？！
一般可用全息干涉方法来制作，根据要求可以是光刻胶形式，树脂复制形式，和离子刻蚀形式，请提出具体要求，如槽密度，闪耀波长，面积，波象差要求，破坏域值等，大多数我们都可以代为设计制作。

作者: hushujiang 时间: 2003-4-28 01:26
标题: 闪耀光栅？！
长春光机所做的不错

作者: lavajydm 时间: 2003-4-28 08:00
标题: 闪耀光栅？！
摘要：制作硅光栅的微细加工工艺可分为体硅工艺和面硅工艺，这些微细加工方法在技术上与微电子及微机械工艺可以兼容，这使得制作集成式微型光谱仪成为可能。硅是一种良好的近红外材料，可以用来制作天文红外光谱仪器的浸没光栅。本文重点介绍了硅光栅的制作工艺及其在不同领域中的应用。

1　引　　言

　　硅微加工技术的迅速发展带动了微电子科学的进步。与微电子产品相兼容的集成化和微型化的产品不仅为传统的仪器及设备开拓了新的应用领域，而且出现了微机械、微光学等在技术上与硅微加工工艺相兼容的新学科。硅光栅在微观上的周期性、结构上的特殊性及其加工工艺的兼容性，使人们开始在硅基材料上试制光栅。1975年W Tang和S Wang首次在其论文中报道了利用硅加工技术制作光栅的信息，从此关于硅光栅的研究报道开始在相关文献中频频出现，而硅光栅也在许多不同的领域得到广泛的应用。

2　硅光栅的加工制作工艺

　硅光栅的加工主要采用体硅加工技术和面硅加工技术，这两种技术都是基于微电子集成制作技术发展而来的。体硅加工技术是制作微型三维结构的基础，通常是按照设计图形在硅片上有选择地去除一部分硅材料，最终形成微型三维结构。该加工技术的关键是刻蚀技术，包括干法和湿法两种。单晶硅片由于其特殊的晶体结构，在腐蚀液中沿不同的晶向，其刻蚀速率有很大差别，因此又可以分为各向同性刻蚀和各向异性刻蚀，硅片（100）面的刻蚀速率比硅片（111）面的刻蚀速率高100倍，也可以采用重掺杂法和电化学刻蚀法进行有选择性的刻蚀。干法刻蚀包括物理法（溅射、离子刻蚀）和化学等离子刻蚀法（反应离子刻蚀），主要适用于各向同性和各向异性刻蚀。面硅加工技术是以硅片作基片，通过电极与光刻形成多层薄膜图形，再将下面的牺牲层经刻蚀去除，保留上面的结构图形的加工方法。面硅加工技术与体硅加工技术的主要区别在于，它不直接对硅片本身进行加工，而是在硅片上淀积薄膜（通常是多晶硅、氧化硅和氮化硅等），有选择地保留或去除部分薄膜材料以形成所需的图形。
  图1所示为利用体硅刻蚀法制作光栅的流程。以（100）单晶硅为例制作光栅，可以得到闪耀角为54．74°（单晶硅片（100）面和（111）面间的夹角）的光栅。可以选用高阻（100Ωcm)(100）单晶硅，硅衬底使用标准化学机械抛光（chemical mechanical planarization，CMP）技术，用双面热氧化生长厚度大约为100nm的SiO2，或者用低压化学汽相沉积(LPCVD）法在表面生长100nm厚的Si3N4。然后涂一薄层光刻胶（约为1000nm），将涂有光刻胶的硅片在紫外灯下透过带有光栅图形的光刻掩模板进行接触曝光，在显影液中使曝光的光刻胶显影，然后在曝光图形上去除保护层，对SiO2或Si3N4可以使用离子刻蚀或者湿法化学刻蚀（仅适用于SiO2)。再去除剩余的光刻胶，以SiO2和Si3N4作掩蔽层，在氢氧化钾溶液中对硅进行湿法刻蚀，从而得到V形凹槽，再去除掩蔽层 SiO2或Si3N4。如作为反射光栅，还需在V形凹槽的表面镀上一层增反膜。

图1　用体硅刻蚀法制作光栅的流程

  采用上述方法只能得到闪耀角为54．74°的硅光栅。为了得到其他闪耀角的光栅，可以利用沿特殊方向切割（111）硅片的方法通过各向异性刻蚀实现。最近美国麻省理工学院（MIT）采用上述方法制成了X射线反射光栅。该方法开辟了制作硅光栅的一种新途径，即可以利用单晶硅的各向异性特性来获得锯齿状光栅。这种光栅的制作成功与否取决于对（111）硅片切割方向的精确控制，只有对（111）硅片径向有深刻了解方能制成所需要的闪耀光栅。
  由于高功率激光器的发展，用激光直写制备硅表面光栅也成为一种很重要的方法。应用激光直写制作光栅就是利用激光干涉条纹对样品进行曝光的过程。干涉条纹亮线处的光子与样品材料相互作用从而形成周期槽型。通过干涉仪控制曝光干涉条纹的周期，并通过激光功率的输入控制槽深。Cheng－Yen Chen等人利用266nm激光制作了周期为180nm的硅光栅。该方法与全息光栅的制作方法类似，只不过是采用的衬底材料不同，一种是玻璃衬底而另一种是硅衬底。全息光栅是依赖玻璃衬底上的光刻胶而形成光栅条纹，而Cheng－Yen Chen提出的方法是利用光刻胶作为掩模层，通过在硅表面刻蚀得到光栅的凹槽。除此之外，还可以采用电子束或CO2激光束曝光，然后再用湿法刻蚀得到硅光栅。美国加州大学Berkeley传感器与致动器研究中心利用面硅加工技术制作了矩形和闪耀光栅，利用氢氧化钾（KOH）的各向异性刻蚀特性并结合多晶硅面微机械工艺，用（100）单晶可制作54．74°的闪耀光栅。用刻蚀硅得到的槽作模板，用LPCVD法沉积多晶硅制成光栅。
  UCB微制造实验室利用一种新的制作工艺制成了闪耀衍射光栅，它包括硅的各向异性刻蚀的前处理和传统的二元结构的多晶硅微细加工工艺。光栅表面的模型是由在（100）硅衬底上利用各向异性KOH刻蚀的平行V型凹槽构成，光栅周期为2μm，闪耀角54．7°，作为牺牲层的LPCVD氧化硅沉积在闪耀光栅模型的表面上。然后将 0．5μm厚的多晶硅层沉积在这些凹槽模型的表面，由此构成光栅的表面。为了支撑如此薄的光栅，需再沉积一层2μm厚的多晶硅层。

3　硅光栅的应用

  微机械硅光栅在天文红外光谱测量中有着重要的应用，与传统的刻划金属光栅相比，它具有两大优点：一是光刻成形加工技术比传统的光栅刻划技术更容易制作大周期光栅，这种凹槽周期较大的光栅即使在波段范围较窄的红外波段，也可以制作覆盖连续波长范围的交叉色散光谱仪；二是可直接在硅表面上制作光栅槽型。然而由于材料的透过损耗低，故有可能仅作为嵌入式透射阶梯光栅使用。硅的折射率达3．4，通过透过介质材料照射光栅可以得到较高光谱分辨率或在要求的分辨率下制作较小的光栅。
  Bristol等人首次将硅光栅应用在远紫外和极紫外波段（ 80～130nm），由于这一波长范围对于小凹槽面的表面缺陷非常敏感故极易产生散射。利用硅晶体结构在刻蚀条件下形成的光滑晶面在一定程度上可以解决该问题。光栅绝对效率定义为某一衍射级次光强与入射光束光强之比。Bristol等人的实验结果表明，在天体物理学中的的 90～120nm波段，周期为 1μm的光栅的绝对效率可达到 10％～15％。通过计算以表面氧化层 2nm的硅制作的光栅的光滑表面，得到的反射效率与这一结果相比更乐观。这样光滑的表面在90～120nm波段内预期的反射效率可以达到20％～40％。
  美国加州大学 Berkeley传感器与改动器研究中心的科技人员使用各向异性刻蚀和多晶硅面微细加工工艺制作了可动闪耀光栅，其制作工艺如前所述。所制作的演示系统是 700μm见方的硅片，并且制作安装了一个 1．3mm高的光栅结构。多晶硅片被安装在扭转梁上，通过梳状静电驱动器驱动。如果作为高级次反射光栅使用，这些器件可以用来制作集成光谱仪，分辨率可以达到1470波长分辨率约为0．4nm。
  该研究中心的科学家还利用各向异性刻蚀和多晶硅面微细加工工艺制作可动闪耀硅光栅。这足以证明这种微机械、微光学和微电子技术的结合可以制成集成式微型光谱仪。硅基材料上制作的光栅在集成光学的波导和光纤耦合器以及硅光电池的陷光器中也将得到广泛的应用。

4　结　　论

  光栅是一种应用非常广泛的衍射元件。其制备方法和选择材料都在不断地得到改进。随着硅微细加工技术的发展，制作硅光栅的技术也会相应得到提高，硅光栅的周期可以从几十个微米到亚微米，硅光栅的应用也将从红外扩展到可见光，甚至到紫外。此外，硅光栅的制作工艺与微电子、微机械制作工艺的兼容性，使制作集成式微型光谱仪成为可能。虽然硅光栅不可能替代用传统方法刻划或复制的衍射光栅，但由于它是利用了正在迅速发展的微细加工技术制作而成，并且在技术上与微电子、微机械工艺的兼容性，因此在可以利用其特点的应用领域将会代替传统的光栅。可以预想，随着微细加工技术的进一步发展以及其他相关科学技术的进步，硅光栅的制作工艺也将得到进一步完善，而其应用也会得到新的开发，并将成为一种具有广阔应用前景的衍射元件。

作者: 妖猴 时间: 2003-6-3 04:09
标题: 闪耀光栅？！
“ 蓝色沸点 ”的朋友已经说的很对了！你还可以把你要达到的目的说出来，你的具体问题就解决了！！

欢迎光临光电工程师社区 (http://bbs.oecr.com/)