微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵制備方法，實(shí)現(xiàn)氮化物諧振光柵和微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器的集成；該微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵實(shí)現(xiàn)在高阻硅襯底氮化物晶片上，采用薄膜沉積、電子束曝光、光刻、反應(yīng)離子刻蝕、三五族刻蝕、深硅刻蝕等技術(shù)定義和刻蝕器件，并在器件下方形成空腔，完成懸空微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和諧振光柵的集成；通過微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器調(diào)控諧振光柵的周期、占空比等結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而達(dá)到改變器件光學(xué)性能的目的。
【專利說明】微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵制備方法
[0001]
本發(fā)明是發(fā)明名稱“微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵及其制備方法”，申請(qǐng)?zhí)?01310085681.1，申請(qǐng)日2013年3月18日的發(fā)明申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵，屬于信息材料與器件【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0004]

【背景技術(shù)】
[0005]氮化物材料，特別是氮化鎵材料，在近紅外和可見光波段具有優(yōu)良的光學(xué)性能，應(yīng)用前景廣泛。生長(zhǎng)在高阻硅襯底上的氮化物材料，為實(shí)現(xiàn)微機(jī)電可調(diào)的氮化物光子器件提供了可能:1，利用高阻硅襯底可以實(shí)現(xiàn)器件的絕緣隔離，發(fā)揮器件結(jié)構(gòu)之間的靜電引力；2，利用深硅刻蝕技術(shù)，可以解決硅襯底和氮化物材料的剝離問題，獲得懸空的氮化物薄膜；3，氮化物材料和空氣的高折射率差異，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性能的諧振光柵，其光學(xué)性能受材料厚度以及光柵結(jié)構(gòu)的影響；4，氮化物材料特別是氮化鎵材料具有優(yōu)良的機(jī)械性能，適合發(fā)展微機(jī)電器件；5，由于靜電引力，微型納米驅(qū)動(dòng)器會(huì)產(chǎn)生物理位移，利用彈簧結(jié)構(gòu)，可以改變諧振光柵的周期、占空比等結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵光學(xué)性能的調(diào)控。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題:本發(fā)明提出加工制備微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵的方法，包括固定梳齒、可移動(dòng)梳齒、彈簧結(jié)構(gòu)和諧振光柵結(jié)構(gòu)。利用高阻硅的物理特性，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器固定部分和可移動(dòng)部分的分離，從而區(qū)分出器件的正負(fù)極；器件下方硅襯底處形成的空腔，在正負(fù)極上施加相應(yīng)電壓，利用靜電引力驅(qū)動(dòng)器件的可移動(dòng)部分，使得與微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器集成的諧振光柵的周期和占空比隨著可移動(dòng)部分的位移變化而變化，從而達(dá)到調(diào)控諧振光柵光學(xué)性能的目的。
[0008]技術(shù)方案:本發(fā)明的微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵，在高阻硅襯底氮化物晶片的氮化物層上，設(shè)置有第一極性區(qū)域、第二極性區(qū)域、隔離第一極性區(qū)域和第二極性區(qū)域的隔離槽，第一極性區(qū)域上設(shè)置有固定梳齒，第二極性區(qū)域上設(shè)置有依次連接的諧振光柵結(jié)構(gòu)、彈簧結(jié)構(gòu)和可移動(dòng)梳齒，可移動(dòng)梳齒與固定梳齒相對(duì)錯(cuò)開設(shè)置。
[0009]本發(fā)明中，固定梳齒、諧振光柵結(jié)構(gòu)、彈簧結(jié)構(gòu)和可移動(dòng)梳齒均為納米結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明提供了微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵自上向下(氮化物層向硅層)的制備方法，硅襯底氮化物器件層的厚度通常由生長(zhǎng)條件決定，厚度自由度較小，為設(shè)計(jì)氮化物諧振光子器件帶來困難，同時(shí)厚膜氮化物的刻蝕加工是一大難題。本發(fā)明提供的技術(shù)方法能夠解決懸空氮化物器件的加工問題，包括如下具體步驟: 1)采用沉膜技術(shù)，在硅襯底氮化物晶片上表面沉積一層氧化鉿薄膜或者二氧化硅薄膜作為掩膜層；
2)在硅襯底氮化物晶片的掩膜層上旋涂電子束膠，形成電子束膠層；
3)在電子束膠層上用電子束曝光技術(shù)定義微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵的器件結(jié)構(gòu)；
4)采用離子束轟擊法將步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層轉(zhuǎn)移到氧化鉿掩膜層上，或采用反應(yīng)離子刻蝕的方法將步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層轉(zhuǎn)移到二氧化硅掩膜層上，轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層；
5)利用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束膠層；
6)在掩膜層上旋涂一層光刻膠；
7)采用光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，在光刻膠層上定義隔離槽；
8)采用離子束轟擊法將步驟7)中定義的隔離槽轉(zhuǎn)移至氧化鉿掩膜層，或采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)將步驟7)中定義的隔離槽轉(zhuǎn)移至二氧化硅掩膜層，轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層；
9)去除殘余光刻膠；
10)采用三五族刻蝕技術(shù)，將掩膜層上的所有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到硅襯底氮化物晶片的氮化物層，轉(zhuǎn)移過程中，將氮化物層刻蝕至襯底硅層；
11)采用深硅刻蝕技術(shù)，進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕；
12)進(jìn)行各項(xiàng)同性刻蝕，從而在微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵的器件結(jié)構(gòu)下方形成空腔，使器件完全懸空；
13)去除殘余掩膜層，實(shí)現(xiàn)微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵。
[0011]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵，實(shí)現(xiàn)在高阻硅襯底氮化物晶片上，在微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵下方形成空腔，完成懸空微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和諧振光柵的集成:
(1)因?yàn)楦咦韫璧奈锢硖匦?，利用隔離槽，實(shí)現(xiàn)第一極性區(qū)域和第二極性區(qū)域的分離，從而區(qū)分出微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器的正負(fù)極；
(2)在第一極性區(qū)域和第二極性區(qū)域分別施加電壓，利用靜電引力驅(qū)動(dòng)微型納米驅(qū)動(dòng)器的可移動(dòng)梳齒向固定梳齒位移，使彈簧結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，從而帶動(dòng)諧振光柵結(jié)構(gòu)拉伸或復(fù)位，改變諧振光柵結(jié)構(gòu)的周期和占空等結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵。
[0012]本發(fā)明基于高阻硅襯底氮化物材料上，氮化物材料，尤其是氮化鎵材料與傳統(tǒng)硅晶材料相比在近紅外，特別是在可見光波段具有優(yōu)良的光學(xué)性能；利用氮化物材料與空氣之間的高折射率差異適合發(fā)展近紅外與可見光波段的諧振光柵，其光學(xué)性能與材料厚度以及諧振光柵結(jié)構(gòu)相關(guān)；利用氮化物材料特別是氮化鎵材料良好的機(jī)械性能，適合發(fā)展微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器；使微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和諧振光柵集成，通過微型納米驅(qū)動(dòng)器來調(diào)控諧振光柵的周期和占空比等結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以減少諧振光柵受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，增加諧振光柵的諧振帶寬，提高諧振光柵的利用效率，同時(shí)還能精密調(diào)節(jié)諧振光柵的周期和諧振頻率，使諧振光柵結(jié)構(gòu)更加精密。
[0013]本發(fā)明提出了微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵的加工制備方法，通過氮化物薄膜沉積技術(shù)，解決了厚膜氮化物加工的掩膜問題；結(jié)合光刻技術(shù)定義隔離槽，能夠有效地降低微機(jī)電可調(diào)諧振光柵的加工成本；結(jié)合深硅刻蝕技術(shù)，能夠制備懸空微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵器件，從而可以利用氮化物特別是氮化鎵優(yōu)良的機(jī)械性能。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為硅襯底微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵示意圖；
圖2為娃襯底微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵懸空結(jié)構(gòu)側(cè)視不意圖；
圖3為硅襯底微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵的工藝流程；
圖中有:第一極性區(qū)域1、第二極性區(qū)域2、固定梳齒11、諧振光柵結(jié)構(gòu)21、彈簧結(jié)構(gòu)
22、可移動(dòng)梳齒23、隔尚槽3。
[0016]

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
如圖1、2所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵器件，在高阻硅襯底氮化物晶片的氮化物層上，設(shè)置有第一極性區(qū)域1、第二極性區(qū)域2、隔離第一極性區(qū)域I和第二極性區(qū)域2的隔離槽3 ;利用高阻硅襯底的物理特性和隔離槽的結(jié)構(gòu)作用，將第一極性區(qū)域和第二極性區(qū)域隔離開；第一極性區(qū)域I上設(shè)置有固定梳齒11，第二極性區(qū)域2上設(shè)置有依次連接的諧振光柵結(jié)構(gòu)21、彈簧結(jié)構(gòu)22和可移動(dòng)梳齒23，可移動(dòng)梳齒23與固定梳齒11相對(duì)錯(cuò)開設(shè)置。
[0018]本發(fā)明的一種實(shí)施例中，固定梳齒11、諧振光柵結(jié)構(gòu)21、彈簧結(jié)構(gòu)22和可移動(dòng)梳齒23均為納米結(jié)構(gòu)。
[0019]實(shí)現(xiàn)載體為高阻硅襯底氮化物晶片。利用高阻硅的物理特性和隔離槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)第一極性區(qū)域I和第二極性區(qū)域2在結(jié)構(gòu)和電性上的分離；在第一極性區(qū)域I和第二極性區(qū)域2施加反向電壓，利用靜電引力驅(qū)動(dòng)微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器的可移動(dòng)梳齒23向固定梳齒11位移；通過微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和諧振光柵21的集成，利用微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器改變氮化物諧振光柵21的占空比及周期，實(shí)現(xiàn)諧振光柵21結(jié)構(gòu)的可控，從而調(diào)控器件的光學(xué)性能，其中:
微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵器件中，微機(jī)電部分是指微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器，與諧振光柵21部分完全懸空；微機(jī)電部分包括固定梳齒11、可移動(dòng)梳齒23和彈簧結(jié)構(gòu)22 ；
微機(jī)電可調(diào)氮化物器件通過隔離槽3將固定梳齒11與可移動(dòng)梳齒23、彈簧結(jié)構(gòu)22、諧振光柵21在結(jié)構(gòu)上和電性上分離，利用高阻硅的物理特性，并結(jié)合隔離槽3形成驅(qū)動(dòng)器的正負(fù)極；
微機(jī)電可調(diào)氮化物器件利用靜電引力，驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)梳齒23向固定梳齒位移11，帶動(dòng)彈簧結(jié)構(gòu)22與可移動(dòng)梳齒23的位移發(fā)生同方向形變，彈簧結(jié)構(gòu)22連同驅(qū)動(dòng)部分控制諧振光柵21的周期及占空比的增大或復(fù)原，通過改變諧振光柵21的結(jié)構(gòu)參數(shù)來調(diào)控其光學(xué)性能。
[0020]如圖3所示，本發(fā)明提供了微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵自上向下(氮化物層向硅層)的制備方法，硅襯底氮化物器件層的厚度通常由生長(zhǎng)條件決定，厚度自由度較小，為設(shè)計(jì)氮化物諧振光子器件帶來困難，同時(shí)厚膜氮化物的刻蝕加工是一大難題。本發(fā)明提供的技術(shù)方法能夠解決懸空氮化物器件的加工問題，包括如下具體步驟:
1)采用沉膜技術(shù)，在硅襯底氮化物晶片上表面沉積一層氧化鉿薄膜或者二氧化硅薄膜作為掩膜層；
2)在高阻硅襯底氮化物晶片的掩膜層上旋涂電子束膠，形成電子束膠層；
3)在電子束膠層上用電子束曝光技術(shù)定義微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵21的器件結(jié)構(gòu)；
4)采用離子束轟擊法將步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層7轉(zhuǎn)移到氧化鉿掩膜層上，或采用反應(yīng)離子刻蝕的方法將步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層7轉(zhuǎn)移到二氧化硅掩膜層上，轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層4 ；
5)利用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束膠層；
6)在掩膜層上旋涂一層光刻膠；
7)采用光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，在光刻膠層上定義隔離槽3；
8)采用離子束轟擊法將步驟7)中定義的隔離槽3轉(zhuǎn)移至氧化鉿掩膜層，或采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)將步驟7)中定義的隔離槽3轉(zhuǎn)移至二氧化硅掩膜層，轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層；
9)利用氧氣等離子灰化方法去除殘余光刻膠；
10)采用三五族刻蝕技術(shù)，將掩膜層上的所有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到硅襯底氮化物晶片的氮化物層4，轉(zhuǎn)移過程中，將氮化物層刻蝕至襯底硅層；
11)采用深硅刻蝕技術(shù)，進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕；
12)采用深硅技術(shù)進(jìn)行各項(xiàng)同性刻蝕，從而在微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵21的器件結(jié)構(gòu)下方形成空腔，使器件完全懸空；
13)去除殘余掩膜層，實(shí)現(xiàn)微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵。
【權(quán)利要求】
1.一種制備微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)采用沉膜技術(shù)，在硅襯底氮化物晶片上表面沉積一層氧化鉿薄膜或者二氧化硅薄膜作為掩膜層； 2)在所述硅襯底氮化物晶片的掩膜層上旋涂電子束膠，形成電子束膠層； 3)在所述電子束膠層上用電子束曝光技術(shù)定義微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵(21)的器件結(jié)構(gòu)； 4)采用離子束轟擊法將所述步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層轉(zhuǎn)移到氧化鉿掩膜層上，或采用反應(yīng)離子刻蝕的方法將所述步驟3)中定義的器件結(jié)構(gòu)從電子束膠層轉(zhuǎn)移到二氧化硅掩膜層上，所述的轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層； 5)利用氧氣等離子灰化方法去除殘余的電子束膠層； 6)在掩膜層上旋涂一層光刻膠； 7)采用光刻對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，在光刻膠層上定義隔離槽； 8)采用離子束轟擊法將所述步驟7)中定義的隔離槽轉(zhuǎn)移至氧化鉿掩膜層，或采用反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)將所述步驟7)中定義的隔離槽轉(zhuǎn)移至二氧化硅掩膜層，所述的轉(zhuǎn)移過程中，將掩膜層刻蝕至硅襯底氮化物晶片的氮化物層； 9)去除殘余光刻膠； 10)采用三五族刻蝕技術(shù)，將掩膜層上的所有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到硅襯底氮化物晶片的氮化物層，所述的轉(zhuǎn)移過程中，將氮化物層刻蝕至襯底硅層； 11)采用深硅刻蝕技術(shù)，進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕； 12)進(jìn)行各項(xiàng)同性刻蝕，從而在微型納米靜電驅(qū)動(dòng)器和氮化物諧振光柵(21)的器件結(jié)構(gòu)下方形成空腔，使器件完全懸空； 13)去除殘余掩膜層，實(shí)現(xiàn)微機(jī)電可調(diào)氮化物諧振光柵。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK104297843SQ201410492521
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】王永進(jìn), 施政, 高緒敏, 賀樹敏, 李欣, 于慶龍 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)