專利名稱：基于半導(dǎo)體的超材料制備方法和基于半導(dǎo)體的超材料的制作方法
基于半導(dǎo)體的超材料制備方法和基于半導(dǎo)體的超材料
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法和基于半導(dǎo)體的超材料。
背景技術(shù)：
隨著雷達(dá)探測(cè)、衛(wèi)星通訊、航空航天等高新技術(shù)的快速發(fā)展，以及抗電磁干擾、隱形技術(shù)、微波暗室等研究領(lǐng)域的興起，微波吸收材料的研究越來(lái)越受到人們的重視。由于超材料能夠出現(xiàn)非常奇妙的電磁效應(yīng)，可用于吸波材料和隱形材料等領(lǐng)域，成為吸波材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。超材料的性質(zhì)和功能主要來(lái)自于其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如何制備具有周期性排列的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)成為超材料制備技術(shù)的關(guān)鍵。CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物)工藝是當(dāng)今半導(dǎo)體工藝中能實(shí)現(xiàn)可控的最小尺寸的工藝，現(xiàn)在32nm的工藝逐漸成熟,更小尺寸的工藝正在開發(fā)。因此，有效的利用CMOS工藝中的尺寸控制手段，能夠制造極小尺寸的微結(jié)構(gòu)，利用不同性質(zhì)的材料的特殊微結(jié)構(gòu)便能制造出用于特殊性質(zhì)的超材料。半導(dǎo)體是CMOS工藝中使用很廣泛的一種材料，但是現(xiàn)有技術(shù)中還沒有基于半導(dǎo)體的超材料制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法和基于半導(dǎo)體的超材料，能夠得到電磁參數(shù)可控性能更高、也更符合設(shè)計(jì)要求的超材料。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一實(shí)施例提供了一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法，該方法包括在襯底上形成半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠；以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)所述光刻膠進(jìn)行光刻；根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)；去除涂覆在所述半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。本發(fā)明另一實(shí)施例還提供了一種采用上述技術(shù)方案制備的基于半導(dǎo)體的超材料。上述技術(shù)方案通過(guò)在襯底上形成半導(dǎo)體層，以具有微結(jié)構(gòu)的光刻膠作為掩膜在半導(dǎo)體層中摻雜，由于在半導(dǎo)體中摻雜可改變超材料的電磁參數(shù)，因此根據(jù)預(yù)設(shè)的電磁參數(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，可獲得所需的超材料，可控性高。

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
圖I是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一、參見圖I，是本發(fā)明實(shí)施一提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖，該制備方法包括如下步驟Sll :在襯底上形成半導(dǎo)體層。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得；半導(dǎo)體層可以為硅(Si)層、鍺(ge)層、或者砷化鎵(gaas)層等。S12 :在半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠。其中，在半導(dǎo)體層上涂覆的光刻膠可以為正性光刻膠或者負(fù)性光刻膠。S13 以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻。例如，以具有“工”字型陣列的模版作為掩膜板，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，最終在光刻膠上形成“工”字型陣列的圖形。S14 :根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。具體的，以具有微結(jié)構(gòu)的光刻膠作為掩膜，采用CMOS擴(kuò)散工藝在半導(dǎo)體中摻入P型或者N型雜質(zhì)。S15 :去除涂覆在半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。在具體的實(shí)施過(guò)程中，正性光刻膠可采用丙酮清洗，負(fù)性光刻膠用相應(yīng)的清洗液清洗。本實(shí)施例中，通過(guò)在襯底上形成半導(dǎo)體層，然后在半導(dǎo)體層上形成預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列，以具有微結(jié)構(gòu)陣列的光刻膠作為掩膜在半導(dǎo)體層中摻雜，由于在半導(dǎo)體中摻雜可改變超材料的電磁參數(shù)，因此根據(jù)預(yù)設(shè)的電磁參數(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，可獲得所需的超材料，可控性高。實(shí)施例二、參見圖2，為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖，該制備方法包括如下步驟S21 :在襯底上形成半導(dǎo)體層。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料
制得；半導(dǎo)體層可以為硅層、鍺層、或者砷化鎵層等。
S22 :在半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠。其中，在半導(dǎo)體層上涂覆的光刻膠可以為正性光刻膠或者負(fù)性光刻膠。S23 以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻。例如，以具有“田”字型陣列的模版作為掩膜板，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，最終在光刻膠上形成“ ^ ”字型陣列的圖形。S24 :將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體層上。具體的，采用濕法蝕刻的方法，在半導(dǎo)體層上蝕刻出光刻膠上光刻后形成的圖形；或者，采用干法刻蝕的方法，在半導(dǎo)體層上刻蝕出光刻膠上光刻后形成的圖形。S25 :根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，采用熱擴(kuò)散技術(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。
具體的，I)對(duì)于施主或者受主雜質(zhì)原子由于施主或者受主雜質(zhì)原子的半徑一般都比較大，這些雜質(zhì)原子要直接進(jìn)入半導(dǎo)體晶格的間隙中去是很困難的，只有當(dāng)半導(dǎo)體晶體中出現(xiàn)有晶格空位后，雜質(zhì)原子才有可能進(jìn)去占據(jù)這些空位，從而擴(kuò)散到晶體中。為了讓晶體中產(chǎn)生出大量的晶格空位，就必須對(duì)晶體加熱，讓晶體原子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，以使得某些原子獲得足夠高的能量而離開晶格位置，留下空位。2)對(duì)于重金屬雜質(zhì)原子重金屬雜質(zhì)的原子半徑很小，即使在較低溫度下也能夠很容易地通過(guò)晶格間隙而擴(kuò)散到半導(dǎo)體中去，所以擴(kuò)散的溫度一般較低。摻入雜質(zhì)后，會(huì)改變半導(dǎo)體的電磁參數(shù)，在本發(fā)明實(shí)施例中，摻入雜質(zhì)的濃度根據(jù)所需電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。S26 :去除涂覆在半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。在具體的實(shí)施過(guò)程中，正性光刻膠可采用丙酮清洗，負(fù)性光刻膠用相應(yīng)的清洗液清洗。本實(shí)施例中，通過(guò)在襯底上形成半導(dǎo)體層，采用光刻的方式在半導(dǎo)體層上形成微結(jié)構(gòu)，由于在半導(dǎo)體中摻雜可改變超材料的電磁參數(shù)，因此采用熱擴(kuò)散技術(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，可獲得所需的超材料，可控性高。實(shí)施例三、參見圖3，為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖，該制備方法包括如下步驟S31 :在襯底上形成半導(dǎo)體層。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料
制得；半導(dǎo)體層可以為硅層、鍺層、或者砷化鎵層等。S32 :在半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠。其中，在半導(dǎo)體層上涂覆的光刻膠可以為正性光刻膠或者負(fù)性光刻膠。S33 以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻。例如，以具有“十”字型陣列的模版作為掩膜板，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，最終在光刻膠上形成“十”字型陣列的圖形。S34 :將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體層上。具體的，采用濕法蝕刻的方法，在半導(dǎo)體層上蝕刻出光刻膠上光刻后形成的圖形；或者，采用干法刻蝕的方法，在半導(dǎo)體層上刻蝕出光刻膠上光刻后形成的圖形。S35 :根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，采用離子注入技術(shù)在所述半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。
具體的，為了使施主或受主雜質(zhì)原子能夠進(jìn)入到半導(dǎo)體晶體中去，需要將雜質(zhì)原子電離成離子，并用強(qiáng)電場(chǎng)加速、讓這些離子獲得很高的動(dòng)能，然后再直接轟擊半導(dǎo)體晶體，從而注入到半導(dǎo)體晶體中。摻入雜質(zhì)后，會(huì)改變半導(dǎo)體的電磁參數(shù)，在本發(fā)明實(shí)施例中，摻入雜質(zhì)的濃度根據(jù)所需電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。S36 :去除涂覆在半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。在具體的實(shí)施過(guò)程中，正性光刻膠可采用丙酮清洗，負(fù)性光刻膠用相應(yīng)的清洗液清洗。本實(shí)施例中，通過(guò)在襯底上形成半導(dǎo)體層，采用光刻的方式在半導(dǎo)體層上形成微結(jié)構(gòu)，由于在半導(dǎo)體中摻雜可改變超材料的電磁參數(shù)，因此采用離子注入技術(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，可獲得所需的超材料，可控性高。實(shí)施例四、參見圖4，為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法流程圖，該 制備方法包括如下步驟S41 :在襯底上形成半導(dǎo)體層。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料
制得；半導(dǎo)體層可以為硅層、鍺層、或者砷化鎵層等。S42 :在半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠。其中，在半導(dǎo)體層上涂覆的光刻膠可以為正性光刻膠或者負(fù)性光刻膠。S43 以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻。例如，以具有“十”字型陣列的模版作為掩膜板，對(duì)光刻膠進(jìn)行光刻，最終在光刻膠上形成“十”字型陣列的圖形。S44 :將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體層上。具體的，采用濕法蝕刻的方法，在半導(dǎo)體層上蝕刻出光刻膠上光刻后形成的圖形；或者，采用干法刻蝕的方法，在半導(dǎo)體層上刻蝕出光刻膠上光刻后形成的圖形。S45 :根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，采用離子注入技術(shù)在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。具體的，為了使施主或受主雜質(zhì)原子能夠進(jìn)入到半導(dǎo)體晶體中去，需要將雜質(zhì)原子電離成離子，并用強(qiáng)電場(chǎng)加速、讓這些離子獲得很高的動(dòng)能，然后再直接轟擊半導(dǎo)體晶體，從而注入到半導(dǎo)體晶體中。摻入雜質(zhì)后，會(huì)改變半導(dǎo)體的電磁參數(shù)，在本發(fā)明實(shí)施例中，摻入雜質(zhì)的濃度根據(jù)所需電磁參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。S46 :去除涂覆在半導(dǎo)體層上的光刻膠。在具體的實(shí)施過(guò)程中，正性光刻膠可采用丙酮清洗，負(fù)性光刻膠用相應(yīng)的清洗液清洗。S47 :對(duì)摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體層進(jìn)行退火處理，獲得超材料。具體的，施主或受主雜質(zhì)原子要能夠提供載流子，就必須處于替代半導(dǎo)體原子的位置上，這樣才有多余的或者缺少的價(jià)電子以產(chǎn)生載流子。所以在半導(dǎo)體中，即使摻入了施主或受主雜質(zhì)，但是如果這些雜質(zhì)原子沒有進(jìn)入到替代位置，那么它們也將起不到提供載流子的作用。因此，還需要進(jìn)行退火處理步驟升高溫度，使雜質(zhì)原子與晶格中的半導(dǎo)體原子鍵合，從而激活雜質(zhì)原子，改變半導(dǎo)體的電磁參數(shù)，例如電導(dǎo)率。本實(shí)施例相對(duì)于實(shí)施例三，在半導(dǎo)體中摻雜后進(jìn)行了退火處理，消除了半導(dǎo)體摻雜時(shí)產(chǎn)生的晶格缺陷，并且激活了摻入半導(dǎo)體的雜質(zhì)原子，進(jìn)一步改變半導(dǎo)體的電磁參數(shù)。上述實(shí)施例描述了基于半導(dǎo)體的超材料制備方法，本發(fā)明還包括采用上述實(shí)施方式制備的基于半導(dǎo)體的超材料。實(shí)施例五、參見圖5，是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料結(jié)構(gòu)示意圖，該超材料包括襯底51 ;以及位于襯底51上的半導(dǎo)體層52。其中，半導(dǎo)體層52包括摻雜部分53和未摻雜部分54 ;摻雜部分53具有導(dǎo)電性。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。 具體制備過(guò)程可參見實(shí)施例一，此處不再贅述。實(shí)施例六、參見圖6，是本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種基于半導(dǎo)體的超材料結(jié)構(gòu)示意圖，該超材料包括襯底61 ;以及位于襯底61上具有微結(jié)構(gòu)陣列的半導(dǎo)體層62。其中，半導(dǎo)體層62包括摻雜部分63和未摻雜部分64 ;摻雜部分64具有導(dǎo)電性。其中，襯底為絕緣材料，可以由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。具體制備過(guò)程可參見實(shí)施例二至實(shí)施例四，此處不再贅述。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法，其特征在于，所述方法包括 在襯底上形成半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層上涂覆ー層光刻膠； 以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)所述光刻膠進(jìn)行光刻； 根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)； 去除涂覆在所述半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在襯底上形成半導(dǎo)體層，具體包括 在襯底上蒸鍍ー層半導(dǎo)體；或者， 在襯底上用粘合劑壓合一層半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)之前，還包括 將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到所述半導(dǎo)體層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到所述半導(dǎo)體層上，具體包括 采用濕法蝕刻的方法，在所述半導(dǎo)體層上蝕刻出光刻膠上光刻后形成的圖形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將光刻膠上光刻后形成的圖形轉(zhuǎn)移到所述半導(dǎo)體層上，具體包括 采用干法刻蝕的方法，在所述半導(dǎo)體層上刻蝕出光刻膠上光刻后形成的圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在具有微結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，具體包括 根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，采用熱擴(kuò)散技術(shù)在所述半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在具有微結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)，具體包括 根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，采用離子注入技術(shù)在所述半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在干，所述去除涂覆在所述半導(dǎo)體層上的光刻膠之后，還包括 對(duì)摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體層進(jìn)行退火處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述襯底為絕緣材料；所述半導(dǎo)體層為硅層、鍺層、或者神化鎵層。
10.一種基于半導(dǎo)體的超材料，其特征在于，包括權(quán)利要求I至9任意一項(xiàng)所述的方法 制備的超材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于半導(dǎo)體的超材料制備方法，該方法包括在襯底上形成半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上涂覆一層光刻膠；以具有預(yù)設(shè)微結(jié)構(gòu)陣列的模板作為掩膜板對(duì)所述光刻膠進(jìn)行光刻；根據(jù)預(yù)設(shè)電磁參數(shù)，在半導(dǎo)體層中摻入雜質(zhì)；去除涂覆在所述半導(dǎo)體層上的光刻膠，獲得超材料。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于半導(dǎo)體的超材料。以得到微結(jié)構(gòu)可控性能更高、也更符合設(shè)計(jì)要求的超材料。
文檔編號(hào)B82Y30/00GK102800971SQ201110145760
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 繆錫根, 楊宗榮 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司