CN104555892A

CN104555892A - 一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法

Info

Publication number: CN104555892A
Application number: CN201310483331.0A
Authority: CN
Inventors: 胡放荣; 牛军浩; 陈涛; 熊显名
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明公开了一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法，主要包括在硅基底上进行多层薄膜沉积、光刻、干法刻蚀和湿法腐蚀等工艺。其特征在于：所制作的吸波体为阵列结构，阵列结构中每个单元中央含有一个在静电力作用下可绕轴旋转的微反射镜，微反射镜表面中央带有一个“工”字形金属谐振器，用来产生谐振吸收。本发明一种适用于太赫兹频段的吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体的制作方法所制作的太赫兹窄带吸波体，能够对吸收峰位置进行动态、连续调节，从而克服了常规太赫兹吸波体吸收峰位置不可调节的缺点。这种太赫兹吸波体可大大增加频率选择性，在太赫兹探测、太赫兹滤波和频率选择性太赫兹热成像领域具有十分重要的应用价值。

Description

一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，特别涉及一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法。

背景技术

当前，限制太赫兹技术推广应用的重要原因是缺乏高灵敏度的太赫兹探测器。为提高太赫兹探测器的探测灵敏度，本领域的技术人员最近提出将太赫兹窄带吸波体制作在热效应太赫兹探测器的接收表面，以提高太赫兹探测器对入射太赫兹波的吸收率，从而提高探测灵敏度。然而，现有的太赫兹窄带吸波体都是针对某些特定频率或频段具有超吸收效果，不能根据具体的应用场合对吸收峰位置进行动态调控，这样大大限制了太赫兹探测器可应用的频率范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提出一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体的制作方法。本发明的吸收峰位置可动态调控的吸波体是采用微机电***加工工艺制作的阵列结构，阵列中每个单元都含有一个在静电力作用下发生旋转的微反射镜，反射镜的镜面上含有一个能对入射太赫兹波产生窄带超吸收的“工”字形金属谐振器。在静电力的驱动下，微反射镜与其表面的“工”字形金属谐振器能够绕轴旋转，以此改变太赫兹波的入射角，从而实现对吸收峰位置的动态调控。这种吸收峰位置可动态调控的太赫兹窄带吸波体可制作在常规热效应太赫兹探测器的接收表面，以提高太赫兹探测器的灵敏度和可探测的频率范围。另外，还可以作为太赫兹带阻滤波器使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法，包括采用光刻、沉积(或溅射)和剥离工艺制作在静电力作用下可绕轴旋转的微反射镜阵列，且阵列中每个单元微反射镜的表面中央都有一个“工”字形金属谐振器。反射镜通过旋转轴与方形支撑环相连，方形支撑环由四个位于角上的锚点固定于基底上，且方形支撑环上表面有一个方形金属环。具体制作工艺流程包括：

(1)在硅基底上溅射(或沉积)一层氮化硅(厚度为0.05～1μm)；

(2)在绝缘层上面沉积第一层多晶硅(厚度为0.4～1.5μm)并掺杂磷；

(3)对多晶硅进行刻蚀，形成下电极；

(4)在多晶硅上面沉积一层二氧化硅或磷硅玻璃(厚度为1.5～6μm)并刻蚀形成锚位；

(5)在二氧化硅或磷硅玻璃上面沉积第二层多晶硅(厚度为1.5～3μm)并掺杂磷；

(6)刻蚀第二层多晶硅，形成可绕轴旋转的微反射镜、旋转轴、锚点和方形框架；

(7)在多晶硅上面采用金属层剥离工艺(Lift off)沉积一层0.05～0.5μm的金属，然后剥离形成反射镜表面的“工”字形金属谐振器；

(8)将样片放入体积浓度为30％～60％的氢氟酸溶液中泡15～30分钟，以腐蚀二氧化硅层和释放可动反射镜；

(9)将样片从氢氟酸溶液中取出，然后迅速放入二氧化碳临界点干燥仪中进行干燥。

所述的金属薄膜可以为金、铜、铝或钛铂金。

所述每个单元的边长为100～600μm，单元中央可动反射镜的边长为40～400μm。

所述的每个单元中的“工”字形金属谐振器的两条水平线长度为50～500μm，中间竖直线长度为50～500μm，线宽度为2～20μm。

所述的每个单元中的“工”字形金属谐振器边缘距离可动反射镜边缘距离为3～20μm。

所述的每个单元中可动反射镜边缘距离方形支撑环内边缘的距离为3～20μm。

所述的每个单元中方形金属环的宽度为3～15μm，且方形金属环内边缘距离方形支撑环内边缘为3～10μm，外边缘与方形支撑环外边缘对准。

本发明与现有技术相比所具有的优点：本发明通过引入在静电力作用下可绕轴旋转的微反射镜和“工”字形金属谐振器，来实现对入射太赫兹波入射角的动态调控，从而实现对吸波体吸收峰位置的动态调控，这样会大大提高常规热效应太赫兹探测器的灵敏度和工作频率范围。

附图说明

图1在低阻硅基底上沉积氮化硅绝缘层后的单元结构示意图。

图2沉积第一层多晶硅并刻蚀形成下电极后的单元结构示意图。

图3沉积二氧化硅或磷硅玻璃并刻蚀形成锚位后的单元结构示意图。

图4沉积第二层多晶硅并刻蚀形成可旋转反射镜、旋转轴、锚点和方形支撑环后的单元结构示意图。

图5沉积表面金属层并剥离形成“工”字形谐振器和方形金属环后的单元结构示意图。

图6湿法腐蚀二氧化硅并干燥后的单元结构示意图

图7 2×2单元二维阵列结构斜视示意图。

图8 2×2单元二维阵列结构俯视示意图。

图中：1为低阻硅基底，2为氮化硅绝缘层，3为多晶硅下电极，4为二氧化硅或磷硅玻璃层，5为锚位，6为可旋转反射镜，7为旋转轴，8为方形支撑环，9为锚点，10为工字形金属谐振器，11为方形金属环。

具体实施例

下面结合附图和具体实施方式详细介绍本发明。

下面以阵列中单元尺寸为120μm×120μm的正方形吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体及其2×2单元阵列为例，结合附图对本发明作具体描述。

如附图1所示，首先在低阻硅基底1上沉积厚度为0.6μm的第一层氮化硅绝缘层2。然后，如附图2所示，继续沉积厚度为0.5μm的第一层多晶硅并刻蚀，刻蚀深度等于第一层多晶硅的厚度，形成多晶硅下电极3。如附图3所示，再在其上沉积厚度为3μm的二氧化硅或磷硅玻璃4并刻蚀，刻蚀深度等于二氧化硅或磷硅玻璃4的厚度，形成方形支撑环的支撑锚位5。然后，如附图4所示，继续沉积厚度为2μm的第二层多晶硅并刻蚀，刻蚀深度等于第二层多晶硅的厚度，形成可旋转反射镜6、旋转轴7、方形支撑环8和锚点9。如附图5所示，继续沉积厚度为0.5μm的金属层并刻蚀，刻蚀深度等于金属层的厚度，形成“工”字形金属谐振器10和方形金属环11。然后，将样片放入体积浓度为30％～60％的氢氟酸溶液中泡15～30分钟，以腐蚀二氧化硅或磷硅玻璃层以释放可动反射镜。最后，将样片从氢氟酸溶液中取出后迅速放入二氧化碳临界点干燥仪中进行干燥，经干燥后最终的单元结构示意图如图6所示。图7为2×2单元二维阵列结构斜视示意图，图8为2×2单元二维阵列结构俯视示意图。

Claims

1.一种吸收峰位置动态可调的太赫兹窄带吸波体制作方法，其特征在于：采用光刻、沉积(或溅射)和剥离工艺制作在静电力作用下可绕轴旋转的微反射镜阵列，且阵列中每个单元微反射镜的表面中央都有一个“工”字形金属谐振器。反射镜通过旋转轴与方形支撑环相连，方形支撑环由四个位于角上的锚点固定于基底上，且方形支撑环上表面有一个方形金属环。具体制作工艺流程包括：

(1)在硅基底上溅射(或沉积)一层氮化硅(厚度为0.05～1μm)；

(3)对多晶硅进行刻蚀，形成下电极；

(4)在多晶硅上面沉积一层二氧化硅(厚度为1.5～6μm)并刻蚀形成锚位；

(5)在二氧化硅沉积第二层多晶硅(厚度为1.5～3μm)并掺杂磷；

(6)刻蚀第二层多晶硅，形成可绕轴旋转的微反射镜、旋转轴、锚点和方形支撑环；

(8)将样片放入体积浓度为30％～60％的氢氟酸溶液中泡15～30分钟，以腐蚀二氧化硅层和释放可动结构；

2.根据权利要求1(6)所述的金属薄膜可以为金、铜、铝或钛铂金。

3.根据权利要求1所述每个单元的边长为100～600μm，单元中央可动反射镜的边长为40～400μm。

4.根据权利要求1所述的每个单元中的“工”字形金属谐振器的两条水平线长度为50～500μm，中间竖直线长度为50～500μm，线宽度为2～20μm。

5.根据权利要求1所述的每个单元中的“工”字形金属谐振器边缘距离可动反射镜边缘距离为3～20μm。

6.根据权利要求1所述的每个单元中可动反射镜边缘距离方形支撑环内边缘的距离为3～20μm。

7.根据权利要求1所述的每个单元中方形金属环的宽度为3～15μm，且方形金属环内边缘距离方形支撑环内边缘为3～10μm，外边缘与方形支撑环外边缘对准。