CN102480017A - 一种基于cmos工艺制备的超材料 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于CMOS工艺制备的超材料，该超材料包括：第一电介质层；位于所述第一电介质层上面的第一金属层，该第一金属层具有第一微结构；位于所述第一金属层上面的第二电介质层，该第二电介质层具有第一通孔，该第一通孔中填充的材料与第一金属层的材料相同；位于所述第二电介质层上面，通过第一通孔与所述第一金属层连接的第二金属层，该第二金属层具有第二微结构，且与所述第一金属层具有相同的材料；以及位于所述第二金属层上面的第三电介质层。该超材料具有更丰富、更优越的电磁特性。

Description

一种基于CMOS工艺制备的超材料

【技术领域】

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种基于CMOS工艺制备的超材料。

【背景技术】

随着雷达探测、卫星通讯、航空航天等高新技术的快速发展，以及抗电磁干扰、隐形技术、微波暗室等研究领域的兴起，微波吸收材料的研究越来越受到人们的重视。由于超材料能够出现非常奇妙的电磁效应，可用于吸波材料和隐形材料等领域，成为吸波材料领域研究的热点。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构，通常情况下，通过在介质基板上形成具有微结构阵列的金属层来实现其功能。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物)工艺是当今半导体工艺中能实现可控的最小尺寸的工艺，现在32nm的工艺逐渐成熟，更小尺寸的工艺正在开发。同时，CMOS工艺中金属层的使用数量也在不断的增加，现在已经能够实现8层的金属连线。但是仍未有通过CMOS工艺制备的超材料。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CMOS工艺制备的超材料，能够得到微结构可控性能更高、也更符合设计要求的超材料。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于CMOS工艺制备的超材料，其特征在于，所述超材料包括：

第一电介质层；位于所述第一电介质层上面的第一金属层，该第一金属层具有第一微结构；位于所述第一金属层上面的第二电介质层，该第二电介质层具有第一通孔，该第一通孔中填充的材料与第一金属层的材料相同；位于所述第二电介质层上面，通过第一通孔与所述第一金属层连接的第二金属层，该第二金属层具有第二微结构，且与所述第一金属层具有相同的材料；以及位于所述第二金属层上面的第三电介质层。

上述技术方案具有以下优点：第一金属层与第二金属层上均具有微结构，改变了每层金属材料的电磁特性；另外，第一金属层与第二金属层之间通过填充了金属材料的通孔连接，采用这种方式制备的超材料，与单层金属制备的超材料相比，具有不同于的电磁特性，具有更丰富、更优越的电磁特性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的“工”字形微结构示意图；

图2是本发明实施例提供的“十”字形微结构示意图；

图3是本发明实施例提供的“王”字形微结构示意图；

图4是本发明实施例提供的

字形微结构示意图；

图5是本发明实施例提供的不等边三角形微结构示意图；

图6是本发明实施一提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图；

图7是本发明实施二提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图；

图8是本发明实施三提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图；

图9是本发明实施四提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

首先，对本发明实施例涉及的微结构进行简要介绍。

微结构指需要借助显微镜甚至电镜可能看到了细微结构，通常指直径小于0.25mm的结构单位。

微结构可以是轴对称结构，例如“工”字形结构、“十”字形结构、或“王”字形结构。

参见图1，是本发明实施例提供的“工”字形微结构示意图。

在具体的实施过程中，还包括由“工”字形演变得到的所有图形，例如“土”字形、“干”字形等。

参见图2，是本发明实施例提供的“十”字形微结构示意图。

在具体的实施过程中，还包括由“十”字形演变得到的所有图形，例如“T”字形、倒“T”字形、“X”字形等。

参见图3，是本发明实施例提供的“王”字形微结构示意图。

在具体的实施过程中，还包括由“王”字形演变得到的所有图形，例如“圭”字形等。

微结构也可以是非轴对称结构，包括：

字形、不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。

参见图4，是本发明实施例提供的

字形微结构示意图。

在具体的实施过程中，还包括由

字形演变得到的所有图形。

参见图5，是本发明实施例提供的不等边三角形微结构示意图。非轴对称图形中的平行四边形、以及不规则闭合曲线此处不再绘图详述。

实施例一、

参见图6，是本发明实施一提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图，该超材料包括：

第一电介质层601；位于第一电介质层601上面的第一金属层602，该第一金属层602具有第一微结构(图6中未示出)；位于第一金属层602上面的第二电介质层603，该第二电介质层603具有第一通孔604，该第一通孔604中填充的材料与第一金属层602的材料相同；位于第二电介质层603上面，通过第一通孔604与第一金属层602连接的第二金属层605，该第二金属605层具有第二微结构(图6中未示出)，且与第一金属层602具有相同的材料；以及位于第二金属层605上面的第三电介质层606。

其中，第一微结构和第二微结构均通过CMOS工艺制备，例如，在第一金属层602上制备第一微结构的过程如下：在第一金属层602上涂覆一层光刻胶，根据预设的微结构对光刻胶进行光刻，该预设的微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；将光刻胶上光刻后形成的图形采用湿法蚀刻或者干法刻蚀的方式转移到第一金属层602上；然后去除涂覆在第一金属层602上的光刻胶，得到具有微结构的第一金属层602。

其中，第一通孔604通过CMOS工艺制备，例如，在第二电介质层603上涂覆一层光刻胶，根据预设的孔的大小和形状对光刻胶进行光刻；将光刻胶上光刻后形成的图形转移到第二电介质层603上；去除涂覆在第二电介质层603上的光刻胶，从而在第二电介质层603形成第一通孔604。

其中，第一微结构与第二微结构的结构可以相同，也可以不同。例如第一微结构与第二微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；或者，第一微结构是图1至图6中所示的一种微结构，第二微结构是图1至图6中所示的另一种微结构。在具体的实施过程中，根据要求进行灵活设计。

其中，第一电介质层601与第二电介质层603的厚度可以相同，第三电介质层606的厚度等于或者大于第一电介质层601的厚度，图6中示出了第三电介质层606的厚度大于第一电介质层601的厚度的情况；第一电介质层601、第二电介质层603、以及第三电介质层606可以具有相同的电介质材料，例如，该电解质材料可以是陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、以及铁磁材料中的任意一种；第一电介质层601、第二电介质层603、以及第三电介质层606也可以具有不同的电介质材料。

本实施例中，第一金属层602与第二金属层605上均具有微结构，改变了每层金属材料的电磁特性；另外，第一金属层602与第二金属层605之间通过填充了金属材料的第一通孔604连接，采用这种方式制备的超材料，与单层金属制备的超材料相比，具有更丰富、更优越的电磁特性。

实施例二、

参见图7，是本发明实施二提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图，该超材料包括：

第一电介质层701；位于第一电介质层701上面的第一金属层702，该第一金属层702具有第一微结构(图7中未示出)；位于第一金属层702上面的第二电介质层703，该第二电介质层703具有第一通孔704，该第一通孔704中填充的材料与第一金属层702的材料相同；位于第二电介质层703上面，通过第一通孔704与第一金属层702连接的第二金属层705，该第二金属705层具有第二微结构(图7中未示出)，且与第一金属层702具有相同的材料；位于第二金属层705上面的第三电介质层706，该第三电介质层706具有第二通孔707；位于第三电介质层706上面，且通过第二通孔707与第二金属层705连接的第三金属层708，该第三金属层708具有第三微结构；以及位于第三金属层708上面的第四电介质层709。

其中，第一微结构、第二微结构、以及第三微结构均通过CMOS工艺制备，例如，在第一金属层702上制备第一微结构的过程如下：在第一金属层702上涂覆一层光刻胶，根据预设的微结构对光刻胶进行光刻，该预设的微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；将光刻胶上光刻后形成的图形采用湿法蚀刻或者干法刻蚀的方式转移到第一金属层702上；然后去除涂覆在第一金属层702上的光刻胶，得到具有微结构的第一金属层702。

其中，第一通孔704和第二通孔707均通过CMOS工艺制备，例如，在第二电介质层703上涂覆一层光刻胶，根据预设的孔的大小和形状对光刻胶进行光刻；将光刻胶上光刻后形成的图形采用湿法蚀刻或者干法刻蚀的方式转移到第二电介质层703上；去除涂覆在第二电介质层703上的光刻胶，从而在第二电介质层703形成第一通孔704。

其中，第一微结构、第二微结构、以及第三微结构的结构可以相同，也可以不同。例如第一微结构、第二微结构、以及第三微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；或者，第一微结构是图1至图6中所示的一种微结构，第二微结构是图1至图6中所示的另一种微结构、第三微结构是图1至图6中所示的不同于第一微结构和第二微结构的又一种微结构。在具体的实施过程中，根据要求进行灵活设计。

其中，第一电介质层701、第二电介质层703、第三电介质层706、以及第四电介质层709可以具有相同的电介质材料，例如，该电解质材料可以是陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、以及铁磁材料中的任意一种；第一电介质层701、第二电介质层703、第三电介质层706、以及第四电介质层709也可以具有不同的电介质材料。

其中，第二通孔707填充有与第一金属层702相同的材料；第三金属层708的材料与第一金属层702的材料相同。

本实施例中，第一金属层702、第二金属层705、以及第三金属层708上均具有微结构，改变了每层金属材料的电磁特性；另外，第一金属层702与第二金属层705之间通过填充了金属材料的第一通孔704连接，第二金属层705与第三金属层708之间通过填充了金属材料的第二通孔707连接，采用这种方式制备的超材料，与单层金属制备的超材料相比，具有更丰富、更优越的电磁特性。

实施例三、

参见图8，是本发明实施三提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图，该超材料包括：

第一电介质层801；位于第一电介质层801上面的第一金属层802，该第一金属层802具有第一微结构(图8中未示出)；位于第一金属层802上面的第二电介质层803，该第二电介质层803具有第一通孔804，该第一通孔804中填充的材料与第一金属层802的材料相同；位于第二电介质层803上面，通过第一通孔804与第一金属层802连接的第二金属层805，该第二金属805层具有第二微结构(图8中未示出)，且与第一金属层802具有相同的材料；位于第二金属层805上面的第三电介质层806；以及位于第一电介质层801下面的第四电介质层807。

其中，第一微结构和第二微结构均通过CMOS工艺制备，例如，在第一金属层802上制备第一微结构的过程如下：在第一金属层802上涂覆一层光刻胶，根据预设的微结构对光刻胶进行光刻，该预设的微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；将光刻胶上光刻后形成的图形采用湿法蚀刻或者干法刻蚀的方式转移到第一金属层802上；然后去除涂覆在第一金属层802上的光刻胶，得到具有微结构的第一金属层802。

其中，第一通孔804通过CMOS工艺制备，例如，在第二电介质层803上涂覆一层光刻胶，根据预设的孔的大小和形状对光刻胶进行光刻；将光刻胶上光刻后形成的图形转移到第二电介质层803上；去除涂覆在第二电介质层803上的光刻胶，从而在第二电介质层803形成第一通孔804。

其中，第一微结构与第二微结构的结构可以相同，也可以不同。例如第一微结构与第二微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；或者，第一微结构是图1至图6中所示的一种微结构，第二微结构是图1至图6中所示的另一种微结构。在具体的实施过程中，根据要求进行灵活设计。

其中，第一电介质层801、第二电介质层803、第三电介质层806、以及第四电介质层807可以具有相同的电介质材料，例如，该电解质材料可以是陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、以及铁磁材料中的任意一种；第一电介质层801、第二电介质层803、第三电介质层806、以及第四电介质层807也可以具有不同的电介质材料，一般情况下，，该第四电介质层807与第一电介质层801具有相同的材料。

本实施例中，第一金属层802与第二金属层805上均具有微结构，改变了每层金属材料的电磁特性；另外，第一金属层802与第二金属层805之间通过填充了金属材料的第一通孔804连接，采用这种方式制备的超材料，与单层金属制备的超材料相比，具有更丰富、更优越的电磁特性。

实施例四、

参见图9，是本发明实施四提供的一种基于CMOS工艺制备的超材料结构示意图，该超材料包括：

第一电介质层901；位于第一电介质层901上面的第一金属层902，该第一金属层902具有第一微结构(图9中未示出)；位于第一金属层902上面的第二电介质层903，该第二电介质层903内置有第一通孔904、第二通孔905，第一通孔904和第二通孔905中填充的材料与第一金属层902的材料相同；位于第二电介质层903上面，通过第一通孔904与第一金属层902连接的第二金属层906，该第二金属层906具有第二微结构(图9中未示出)，且与第一金属层902具有相同的材料；内置于第二电介质层903中，一端通过第一通孔904与第一金属层902连接，另一端通过第二通孔905与第二金属层906连接的第三金属层907，该第三金属层907的材料与第一金属层902的材料相同，长度小于第一金属层902的长度；以及位于第二金属层906上面的第三电介质层908。

其中，第一微结构和第二微结构均通过CMOS工艺制备，例如，在第一金属层902上制备第一微结构的过程如下：在第一金属层902上涂覆一层光刻胶，根据预设的微结构对光刻胶进行光刻，该预设的微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；将光刻胶上光刻后形成的图形采用湿法蚀刻或者干法刻蚀的方式转移到第一金属层902上；然后去除涂覆在第一金属层902上的光刻胶，得到具有微结构的第一金属层902。

其中，第一通孔904和第二通孔905通过CMOS工艺制备，例如，在第二电介质层903上涂覆一层光刻胶，根据预设的孔的大小和形状对光刻胶进行光刻；将光刻胶上光刻后形成的图形转移到第二电介质层903上；去除涂覆在第二电介质层903上的光刻胶，从而在第二电介质层903形成第二通孔905。

其中，第一微结构与第二微结构的结构可以相同，也可以不同。例如第一微结构与第二微结构可以是图1至图6中所示的任意一种微结构；或者，第一微结构是图1至图6中所示的一种微结构，第二微结构是图1至图6中所示的另一种微结构。在具体的实施过程中，根据要求进行灵活设计。

其中，第一电介质层901与第二电介质层903的厚度不同，第一电介质层901的厚度与第三电介质层908可以相同；第一电介质层901、第二电介质层903、以及第三电介质层908可以具有相同的电介质材料，例如，该电解质材料可以是陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料、以及铁磁材料中的任意一种；第一电介质层901、第二电介质层903、以及第三电介质层908也可以具有不同的电介质材料。

本实施例中，第一金属层902与第二金属层906上均具有微结构，改变了每层金属材料的电磁特性；另外，第一金属层902与第二金属层906之间还有第三金属层907，金属层之间通过通孔连接，采用这种方式制备的超材料，与单层金属制备的超材料相比，具有更丰富、更优越的电磁特性。

以上实施例对具有不同金属层次的超材料进行了详细的描述，在具体的实施过程中，不限于金属层次，与本发明实施例中描述的超材料结构相同，

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于CMOS工艺制备的超材料，其特征在于，所述超材料包括：

第一电介质层；位于所述第一电介质层上面的第一金属层，该第一金属层具有第一微结构；位于所述第一金属层上面的第二电介质层，该第二电介质层具有第一通孔，该第一通孔中填充的材料与第一金属层的材料相同；位于所述第二电介质层上面，通过第一通孔与所述第一金属层连接的第二金属层，该第二金属层具有第二微结构，且与所述第一金属层具有相同的材料；以及位于所述第二金属层上面的第三电介质层。

2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述第一微结构与所述第二微结构的结构相同。

3.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于，所述微结构为轴对称结构，包括：“工”字形结构、“十”字形结构、或“王”字形结构。

4.根据权利要求2所述的超材料，其特征在于，所述微结构为非轴对称结构，包括：

字形、不等边三角形、平行四边形或不规则闭合曲线。

5.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述第一微结构与所述第二微结构不同。

6.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，所述第一微结构为轴对称结构，所述第二微结构为非轴对称结构；或者，

所述第一微结构为非轴对称结构，所述第二微结构为轴对称结构。

7.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述第一电介质层、所述第二电介质层、以及所述第三电介质层具有相同的电介质材料；或者不同的电介质材料。

8.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述第三电介质层具有第二通孔，所述超材料还包括：

位于所述第三电介质层上面，且通过所述第二通孔与所述第二金属层连接的第三金属层，该第三金属层具有第三微结构；以及，

以及位于所述第三金属层上面的第四电介质层；

其中：所述第二通孔填充有与所述第一金属层相同的材料；所述第三金属层的材料与所述第一金属层的材料相同。

9.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述超材料还包括：

位于所述第一电介质层下面的第四电介质层，该第四电介质层与所述第一电介质层具有相同的材料或者不同的材料。

10.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述第二电介质层中内置有第二通孔和第三金属层；所述第三金属层的一端通过所述第一通孔与所述第一金属层连接，另一端通过所述第二通孔与所述第二金属层连接；

其中，所述第二通孔填充有与所述第一金属层相同的材料；所述第三金属层的材料与所述第一金属层的材料相同；所述第三金属层的长度小于所述第一金属层的长度。

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