專利名稱：一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納光學(xué)元件制作及微納加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料及其制作方法，用于紅外、太赫茲波段的人工電磁材料及其制備。
背景技術(shù)：
人工電磁材料是指在自然界中本身并不存在或者沒有被發(fā)現(xiàn)，而是由電磁學(xué)理論的推導(dǎo)計(jì)算設(shè)計(jì)并制作出來的，具有非常規(guī)的電磁屬性的人造媒質(zhì)或材料。人工電磁材料通常是由有共振響應(yīng)的亞波長結(jié)構(gòu)單元周期性排列(或者非周期)而成。由于其結(jié)構(gòu)單元一般比對(duì)應(yīng)的波長小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，應(yīng)此整體結(jié)構(gòu)對(duì)于外界電磁場的響應(yīng)可以看成是一個(gè)平均的效果，所以其整體的電磁特性可以通過等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來描述。這些材料的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可以接近零甚至為負(fù)值，表現(xiàn)出奇異的電磁特性。利用這些奇異的特性，可以實(shí)現(xiàn)平板聚焦、完美透鏡、超薄諧振腔等功能，在微波和光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在軍事和日常生活中能夠發(fā)揮重要的作用。因此，近年來人工電磁材料已經(jīng)成為國際上一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。人工電磁材料的結(jié)構(gòu)有多種，但多數(shù)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。當(dāng)人工電磁材料的適用波段為微波時(shí)，加工較為容易，而當(dāng)適用波段為紅外甚至可見光時(shí)，材料的加工就十分困難。金屬線對(duì)是目前設(shè)計(jì)人工電磁材料的一種基礎(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，金屬線對(duì)的設(shè)計(jì)有狹縫結(jié)構(gòu)，該狹縫不會(huì)破壞原有金屬線對(duì)結(jié)構(gòu)的磁響應(yīng)特性，而且能夠在原有磁諧振的基礎(chǔ)上引入額外的電諧振，使電諧振和磁諧振在同一單元結(jié)構(gòu)中得到共同調(diào)制。其結(jié)構(gòu)較為簡單，易于加工制作，受到了廣泛的關(guān)注。此類人工電磁材料的制備常涉及到金屬/介質(zhì)/金屬三層結(jié)構(gòu)的膜層制備，其中介質(zhì)通常為非晶硅，二氧化硅，氮化硅，氟化鎂，三氧化二鋁等。如制備可見光波段的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)膜層通常為Ag/Al203/Ag ；制備近紅外波段的人工電磁材料的結(jié)構(gòu)膜層通常為Au/MgF2/Au。利用真空蒸鍍或磁控濺射的方法能夠?qū)崿F(xiàn)這些膜層的制備。而根據(jù)人工電磁材料的設(shè)計(jì)要求，可能要滿足一些特殊三層結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層制備，如類似金屬/高濃度均勻摻雜硅/金屬的結(jié)構(gòu)，此時(shí)便無法通過蒸鍍或?yàn)R射的方法來制作高濃度均勻摻雜硅。因?yàn)樵摻橘|(zhì)層的摻雜濃度和均勻性都無法在鍍膜過程中控制。其他的方法如離子注入法是硅摻雜的常用方法，但是該方法也不能控制縱向的摻雜均勻性；若采用分子束外延法和鍵合法又受限于該介質(zhì)層下的金屬層。因此需要提出一種用于制作金屬/高濃度均勻摻雜硅/ 金屬三層結(jié)構(gòu)的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有人工電磁材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出一種基于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的開口金屬線對(duì)的陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)調(diào)制的作用；并對(duì)于現(xiàn)有高濃度均勻摻雜介質(zhì)制備技術(shù)的局限性，提出一種制備金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的三層結(jié)構(gòu)的方法，并基于該三層結(jié)構(gòu)制備紅外、太赫茲波段的人工電磁材料。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料制作方法，步驟如下步驟(1)選取合適的雙面拋光的SOI片，清洗干凈，并在SOI片頂層的摻雜硅表面
沉積一層金屬膜；步驟O)另取單面拋光的硅片，在拋光表面涂覆一層粘結(jié)劑；步驟(3)利用粘連劑將沉積有金屬膜的SOI片與硅片粘結(jié)，并將粘結(jié)好的硅片-SOI片進(jìn)行烘烤固化；步驟(4)利用干法刻蝕將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片的底層單晶硅進(jìn)行刻蝕減??；步驟(5)采用氫氧化鉀濕法腐蝕，將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片上剩余的底層單晶硅腐蝕完畢，使SOI片的二氧化硅中間層露出；步驟(6)采用氫氟酸濕法腐蝕，將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片的二氧化硅中間層腐蝕完畢，露出摻雜硅表面；步驟(7)在步驟(6)中的摻雜硅表面沉積一層金屬膜，從而在硅片上形成金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的三層結(jié)構(gòu)；步驟(8)在所得金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)上涂覆光刻膠，并在烘箱或熱板中進(jìn)行前烘；步驟(9)利用光刻設(shè)備對(duì)基片進(jìn)行曝光，在光刻膠上獲得所設(shè)計(jì)的二維周期性陣列微納結(jié)構(gòu)圖形，并置于烘箱或熱板中進(jìn)行堅(jiān)膜；步驟(10)采用干法刻蝕將步驟(9)中的光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)中的上層金屬；步驟(11)用有機(jī)溶劑浸泡刻蝕后的樣品，將刻蝕后剩余的光刻膠去除，即可獲得基于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料。所述步驟(1)的SOI片是由底層單晶硅、中間層二氧化硅、頂層摻雜硅組成，底層厚度為300 450 μ m，中間層厚度為100 300nm，頂層是厚度為0. 5 1. 5 μ m的高濃度均勻摻雜的N型硅或P型硅，摻雜濃度為IOw IO2ciCnT1 ；所述步驟(1)的沉積方法可以為磁控濺射法、蒸鍍法；所述步驟(1)中的金屬膜可以為金、銅、銀，金屬膜厚度為100 200nm;所述步驟O)中的粘結(jié)劑是一種耐高溫、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿及有機(jī)溶劑的膠；所述步驟(3)中的粘結(jié)方式是將SOI的金屬膜層與旋涂有粘結(jié)劑的硅片相粘連；所述步驟(3)中的烘烤設(shè)備可以為烘箱和熱板，溫度范圍為100 120°C，烘烤時(shí)間為5 IOmin ；所述步驟中的干法刻蝕可以為電感耦合等離子刻蝕、等離子刻蝕、離子束刻蝕；所述步驟(4)中的SOI片的底層單晶硅減薄后的厚度為20 50 μ m ；所述步驟(7)中沉積方法可以為磁控濺射法、蒸鍍法；所述步驟(7)中沉積金屬膜可以為金、銅、銀，金屬膜厚度為40 60nm ；所述步驟(8)中光刻膠的厚度為100 200nm，前烘溫度范圍為100 120°C，烘烤時(shí)間為20 30min ；所述步驟(9)中的光刻設(shè)備可以為接近接觸式光刻機(jī)、投影式光刻機(jī)、電子束直寫曝光機(jī)；所述步驟(9)中的二維周期性陣列微納結(jié)構(gòu)圖形的線寬可以為0.3 60μπι，周期可以為12 160μπι ；所述步驟(9)中的堅(jiān)膜溫度為100 120°C，堅(jiān)膜時(shí)間為20 30min ；所述步驟(10)中的干法刻蝕可以為等離子刻蝕、離子束刻蝕、電感耦合等離子刻蝕；所述步驟(10)中的刻蝕深度應(yīng)該等于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)中上層金屬層厚度，誤差不超過5% ；所述步驟(11)中的有機(jī)溶劑為可以溶解光刻膠的溶劑。一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料，該可調(diào)諧人工電磁材料由上述的加工方法制成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明基于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的三層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了開口金屬線對(duì)，將電諧振和磁諧振統(tǒng)一在同一個(gè)單元結(jié)構(gòu)中，在實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)調(diào)制的同時(shí)，將磁導(dǎo)率同時(shí)進(jìn)行調(diào)制。并且本發(fā)明基于SOI片，利用粘結(jié)-干法刻蝕-濕法腐蝕的組合技術(shù)獲得SOI片中的高濃度均勻摻雜硅，結(jié)合鍍膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)了基于金屬/高濃度均勻摻雜硅/金屬三層結(jié)構(gòu)人工電磁材料的制備。避免了采用常規(guī)方法如濺射、離子注入、鍵合等方法制備摻雜硅帶來的摻雜難、 摻雜不均、摻雜層厚度難控制等缺點(diǎn)。同時(shí)該方法的工藝簡單，易于控制，是人工電磁材料的一種高效可靠的制作方法。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖；圖2是本發(fā)明步驟1中在SOI片的摻雜硅表面沉積金屬膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明步驟3中SOI片與普通硅片粘貼示意圖；圖4是本發(fā)明步驟6中干法刻蝕硅和濕法腐蝕硅及二氧化硅后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明步驟7完成后得到的金屬/高濃度均勻摻雜硅/金屬三層結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明步驟9光刻、顯影完畢后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明步驟11完成后得到的成品結(jié)構(gòu)示意圖；圖面說明如下1為SOI片的底層單晶硅；2為SOI片的中間層二氧化硅；3為SOI 片的頂層摻雜硅；4為金屬膜層；5為粘結(jié)劑；6為普通硅片；7為金屬膜；8為抗蝕劑。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖詳述金屬/高濃度均勻摻雜硅/金屬三層結(jié)構(gòu)的制備，附圖中給出了本發(fā)明方法的示例性實(shí)施例，在不同的圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部分，附圖不一定是按比例的，其重點(diǎn)在解釋本發(fā)明的方法上。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。實(shí)施例1
本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，是制作銅/高濃度均勻摻雜硅/銅的三層結(jié)構(gòu)，適用的波段為太赫茲波段。其中銅的厚度分別為IOOnm和50nm，摻雜層的厚度為1 μ m，摻雜元素是磷，摻雜濃度為IO18cn^該圖形的制作流程如圖1所示，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)選擇尺寸為15mmX 15mm的雙面拋光SOI片，并用丙酮溶液清洗干凈，放置于干凈容器里，于烘箱160°C烘烤15min，待其自然冷卻。其中底層單晶硅1的厚度為450 μ m，中間層二氧化硅2的厚度為300nm，頂層高濃度均勻摻雜的N型硅3的厚度為1 μ m,厚度精度士0. 05μπι，摻雜磷的濃度為IO18Cm^10(2)利用磁控濺射鍍膜設(shè)備，在SOI片的頂層摻雜硅3表面沉積一層厚度為IOOnm 的金屬銅4，完成后結(jié)構(gòu)如圖2所示。(3)選擇尺寸為20mmX 20mm的單面拋光普通硅片6，用丙酮溶液清洗干凈，并采用旋涂的方式在拋光表面涂一層TH04095-2膠5，用于粘結(jié)SOI片與普通硅片。(4)將沉積有金屬銅的SOI片與普通硅片粘結(jié)，金屬銅表面與粘結(jié)劑相貼。然后再放置于熱板上，從室溫逐步升溫至120°C，加熱lOmin，完成普通硅片與SOI片的粘結(jié)。粘結(jié)完成后結(jié)構(gòu)如圖3所示。(5)將粘結(jié)好的SOI片-普通硅片置于ICP刻蝕腔體內(nèi)，如圖3所示的底層單晶硅 1的表面朝上，普通硅片6的表面朝下，利用ICP干法刻蝕的方法對(duì)SOI片底層單晶硅1進(jìn)行深刻蝕，刻蝕深度為400 μ m。(6)利用氫氧化鉀濕法腐蝕的方法對(duì)SOI片剩余的底層單晶硅1進(jìn)行腐蝕，腐蝕厚度為50 μ m,直至將單晶硅完全去除。(7)利用氫氟酸濕法腐蝕的方法對(duì)SOI片中間層二氧化硅2進(jìn)行腐蝕，腐蝕厚度為 300nm,露出高濃度均勻摻雜的N型硅表面3，完成后結(jié)構(gòu)如圖4所示。(8)利用磁控濺射鍍膜設(shè)備，在露出的高濃度均勻摻雜的N型硅表面3沉積一層厚度為50nm的金屬銅7，完成銅/高濃度均勻摻雜的N型硅/銅三層結(jié)構(gòu)的制作，結(jié)構(gòu)如圖5 所示。(9)在基片的銅表面上采用旋涂的方式涂覆抗蝕劑AR3120，旋涂的轉(zhuǎn)速為 5000rpm ；涂覆完成后以溫度100°C烘烤lOmin。(10)采用接近式光刻對(duì)基片進(jìn)行曝光，將所設(shè)計(jì)的金屬線陣列微結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上。使用掩膜的線條寬度W = 30 μ m，長度L = 80 μ m，開口間距S = Sym ；周期I3x =40 μ m,Py= 150 μ m0將曝光后的基片進(jìn)行顯影及定影，得到陣列結(jié)構(gòu)的抗蝕劑圖形，完成后結(jié)構(gòu)如圖6所示。(11)將具有抗蝕劑圖形的基片放入IBE刻蝕設(shè)備中，以抗蝕劑圖形為掩膜，對(duì)基片表面的金屬層進(jìn)行刻蝕；其中采用的離子束流為30mA、電子束流為40mA、屏極電壓為 400V、加速板電壓為200V，樣品臺(tái)溫度20°C，濺射角度60°、刻蝕時(shí)間180s，使基片表面的
上層金屬層完全刻蝕。(12)用丙酮浸泡刻蝕好的樣品，將刻蝕剩余的抗蝕劑去除，獲得銅/高濃度均勻摻雜的N型硅/銅三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料，結(jié)構(gòu)如圖7所示。實(shí)施例2本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例，是制作金/高濃度均勻摻雜硅/金的三層結(jié)構(gòu)，適用波段為中紅外。其中金的厚度分別為200nm和40nm，摻雜層的厚度為1. 05 μ m，摻雜元素是磷， 摻雜濃度為ΙΟ^πΓ1。(1)選擇尺寸為15mmX 15mm的雙面拋光SOI片，置于濃硝酸水=3 1的混合溶液里浸泡1. 5h，再放置在去離子水里超聲三次，每次超聲時(shí)間為5min，最后用丙酮擦洗， 于烘箱160°C烘30min，待其自然冷卻。該SOI片底層單晶硅1的厚度為450 μ m，中間層二氧化硅2的厚度為300nm，頂層高濃度均勻摻雜的N型硅3的厚度為1. 05 μ m,厚度精度 ±0. 05 μ m，摻雜磷的濃度為IO19CnT1t5(2)利用磁控濺射鍍膜設(shè)備，在SOI片的頂層摻雜硅3表面沉積一層厚度為200nm 的金膜4，完成后結(jié)構(gòu)如圖2所示。(3)選擇尺寸為20mmX 20mm的單面拋光的普通硅片6，用丙酮溶液清洗干凈，并采用旋涂的方式在拋光表面涂一層TH04095-2膠5，用于粘結(jié)SOI片與普通硅片。(4)將沉積有金膜的SOI片與普通硅片粘結(jié)，金膜表面與粘結(jié)劑相貼，如圖3所示。 然后再放置于熱板上，從室溫逐步升溫至120°C，加熱lOmin，完成普通硅片與SOI片的粘結(jié)。粘結(jié)完成后結(jié)構(gòu)如圖3所示。(5)將粘結(jié)好的SOI片-普通硅片置于ICP刻蝕腔體內(nèi)，底層單晶硅1的表面朝上，普通硅片6的表面朝下，如圖3所示。利用ICP干法刻蝕的方法對(duì)SOI片底層單晶硅1 深刻蝕，刻蝕深度為420 μ m。(6)利用氫氧化鉀濕法腐蝕的方法對(duì)SOI片剩余的底層單晶硅1進(jìn)行腐蝕，腐蝕厚度為30 μ m,直至將單晶硅完全去除。 (7)利用氫氟酸濕法腐蝕的方法對(duì)SOI片中間層二氧化硅層2進(jìn)行腐蝕，腐蝕厚度為300nm，露出高濃度均勻摻雜的N型硅表面3，完成后結(jié)構(gòu)如圖4所示。(8)利用磁控濺射鍍膜設(shè)備，在露出的高濃度均勻摻雜的N型硅表面3沉積一層厚度為40nm的金膜，如圖5所示，完成金/高濃度均勻摻雜的N型硅/金三層結(jié)構(gòu)的制作，結(jié)構(gòu)如圖5所示。(9)在基片的金表面上采用旋涂的方式涂覆^P 520A電子抗蝕劑，旋涂的轉(zhuǎn)速為 6000rpm ；涂覆完成后以溫度100°C烘烤lOmin。(10)采用電子束直寫進(jìn)行曝光，將所設(shè)計(jì)的金屬線陣列微納結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到抗蝕劑上。電子束直寫的線條寬度W = 300nm,長度L = 800nm,開口間距S = IOOnm ；周期I3X = 1.2ym,Py= 1.5ym0將曝光后的基片進(jìn)行顯影及定影，得到陣列結(jié)構(gòu)的抗蝕劑圖形，完成后結(jié)構(gòu)如圖6所示。(11)具有抗蝕劑圖形的基片放入IBE刻蝕設(shè)備中，以抗蝕劑圖形為掩膜，對(duì)基片表面的金屬層進(jìn)行刻蝕；其中采用的離子束流為30mA、電子束流為40mA、屏極電壓為400V、 加速板電壓為200V，樣品臺(tái)溫度20°C，濺射角度60°、刻蝕時(shí)間120s，將基片表面的金膜完全刻蝕。(12)用丙酮浸泡刻蝕好的樣品，將刻蝕剩余的抗蝕劑去除，獲得金/高濃度均勻摻雜的N型硅/金三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料，結(jié)構(gòu)如圖7所示。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1)選取合適的雙面拋光的SOI片，清洗干凈，并在SOI片頂層的摻雜硅表面沉積一層金屬膜；步驟( 另取單面拋光的硅片，在拋光表面涂覆一層粘結(jié)劑；步驟(3)利用粘連劑將沉積有金屬膜的SOI片與硅片粘結(jié)，并將粘結(jié)好的硅片-SOI片進(jìn)行烘烤固化；步驟(4)利用干法刻蝕將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片的底層單晶硅進(jìn)行刻蝕減?。徊襟E(5)采用氫氧化鉀濕法腐蝕，將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片上剩余的底層單晶硅腐蝕完畢，使SOI片的二氧化硅中間層露出；步驟(6)采用氫氟酸濕法腐蝕，將硅片-SOI片結(jié)構(gòu)中SOI片的二氧化硅中間層腐蝕完畢，露出摻雜硅表面；步驟(7)在步驟(6)中的摻雜硅表面沉積一層金屬膜，從而在硅片上形成金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的三層結(jié)構(gòu)；步驟(8)在所得金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)上涂覆光刻膠，并在烘箱或熱板中進(jìn)行前烘；步驟(9)利用光刻設(shè)備對(duì)基片進(jìn)行曝光，在光刻膠上獲得所設(shè)計(jì)的二維周期性陣列微納結(jié)構(gòu)圖形，并置于烘箱或熱板中進(jìn)行堅(jiān)膜；步驟(10)采用干法刻蝕將步驟(9)中的光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)中的上層金屬；步驟(11)用有機(jī)溶劑浸泡刻蝕后的樣品，將刻蝕后剩余的光刻膠去除，即可獲得基于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(1)的SOI片是由底層單晶硅、中間層二氧化硅、頂層摻雜硅組成，底層厚度為300 450 μ m，中間層厚度為100 300nm，頂層是厚度為0. 5 1. 5 μ m的高濃度均勻摻雜的N型硅或P型硅，摻雜濃度為IOw IO2ciCnT1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(1)的沉積方法可以為磁控濺射法或者蒸鍍法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(1)中的金屬膜可以為金、銅或者銀，金屬膜厚度為100 200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟O)中的粘結(jié)劑是一種耐高溫、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿及有機(jī)溶劑的膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(3)中的粘結(jié)方式是將SOI的金屬膜層與旋涂有粘結(jié)劑的硅片相粘連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(3)中的烘烤設(shè)備可以為烘箱和熱板，溫度范圍為100 120°C，烘烤時(shí)間為 5 IOmin0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟中的干法刻蝕可以為電感耦合等離子刻蝕、等離子刻蝕或者離子束刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟中的SOI片的底層單晶硅減薄后的厚度為20 50μπι。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(7)中沉積方法可以為磁控濺射法或者蒸鍍法。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(7)中沉積金屬膜可以為金、銅或者銀，金屬膜厚度為40 60nm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(8)中光刻膠的厚度為100 200nm，前烘溫度范圍為100 120°C，烘烤時(shí)間為20 30min。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(9)中的光刻設(shè)備可以為接近接觸式光刻機(jī)、投影式光刻機(jī)或者電子束直寫曝光機(jī)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(9)中的二維周期性陣列微納結(jié)構(gòu)圖形的線寬可以為0.3 60μπι，周期可以為1. 2 160 μ m。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(9)中的堅(jiān)膜溫度為100 120°C，堅(jiān)膜時(shí)間為20 30min。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(10)中的干法刻蝕可以為等離子刻蝕、離子束刻蝕或者電感耦合等離子刻蝕。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(10)中的刻蝕深度應(yīng)該等于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)中上層金屬層厚度，誤差不超過5%。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(11)中的有機(jī)溶劑為可以溶解光刻膠的溶劑。
19.一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料，其特征在于該可調(diào)諧人工電磁材料由權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法加工制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三層結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧人工電磁材料及其制作方法，該人工電磁材料是由金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)組成的微納米圖形結(jié)構(gòu)，可用于紅外、太赫茲波段。其制作方法包括選擇絕緣硅，利用沉積、粘結(jié)、干法刻蝕、濕法腐蝕、再沉積的技術(shù)，在基片上獲得金屬-摻雜介質(zhì)-金屬的三層結(jié)構(gòu)；在三層結(jié)構(gòu)之上進(jìn)行光刻，獲得光刻膠圖形；利用離子束刻蝕將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移到金屬膜層上，即可獲得基于金屬-摻雜介質(zhì)-金屬三層結(jié)構(gòu)的人工電磁材料。本發(fā)明的制作方法避免了常規(guī)方法如濺射、離子注入、鍵合等方法制備摻雜硅帶來的摻雜難、摻雜不均、摻雜層厚度難控制等缺點(diǎn)，工藝簡單，易于控制，是人工電磁材料的一種高效可靠的制作方法。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102556950SQ20121002673
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者岳衢, 張鐵軍, 李國俊, 李飛, 潘麗, 羅先剛, 胡承剛, 邱傳凱 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所