[發明專利]一種制備表面等離子體激元納米光子器件的方法

有效

• 申請號: 201410221679.7
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN103955023A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 孫海濤;劉琦;呂杭炳;龍世兵;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，該方法包括：

步驟1：預備硅襯底，在硅襯底表面形成氧化硅；

步驟2：在表面形成有氧化硅的硅襯底上生長下電極金屬；

步驟3：在下電極金屬上旋涂一層光刻膠，熱板烘烤，并采用掩膜對光刻膠進行曝光，然后顯影，在光刻膠層形成通孔陣列，在通孔中露出光刻膠層下的下電極金屬；

步驟4：在通孔中沉積氧化物層；

步驟5：在通孔中的氧化物層上蒸發上電極金屬；

步驟6：剝離光刻膠及光刻膠上的氧化物層和上電極金屬，露出下電極金屬，得到表面具有凸起陣列的器件，該凸起陣列中的每一個凸起均由氧化物層和上電極金屬構成，且上電極金屬形成于氧化物層之上；

步驟7：在凸起的上電極金屬上加正電壓，將下電極金屬接地，在電場激勵下使得在凸起的氧化物層內部形成金屬納米顆粒的鏈條，得到表面等離子體激元納米光子器件。

2.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟1中所述硅襯底表面形成的氧化硅作為襯底介質層，是通過將硅襯底置于氧氣氣氛中高溫熱氧化而于硅襯底表面形成。

3.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟1中所述硅襯底在表面形成氧化硅之前，進一步對硅襯底進行標準清洗過程，該標準清洗過程具體為：

將硅襯底在硫酸(H₂SO₄)和雙氧水(H₂O₂)的溶液中(體積比為7∶3)煮30分鐘，溫度為400攝氏度，去除有機物和金屬雜質，然后放入氫氟酸(HF)和去離子水(DIW)中漂洗，最后用去離子水(DIW)沖洗。

4.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟2中所述在表面形成有氧化硅的硅襯底上生長下電極金屬，采用電子束蒸發或磁控濺射的方法實現，下電極金屬采用惰性金屬，包括鉑金(Pt)、鎢或氮化鈦，厚度為70納米。

5.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟3中所述在下電極金屬上旋涂的光刻膠厚度為1.2μm，所述熱板烘烤是在85℃熱板烘烤4.5分鐘，所述掩膜采用的掩膜圖形為100μm×100μm的正方形陣列，曝光時間3.5秒，所述顯影是在顯影溶液里浸泡40秒，所述通孔深度為1.2μm。

6.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟4中所述在通孔中沉積氧化物層，是采用磁控濺射方法沉積氧化物層，厚度為70納米，該氧化物層直接接觸于下電極金屬。

7.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟5中所述在通孔中的氧化物層上蒸發上電極金屬，是采用電子束蒸發技術在通孔中的氧化物層上蒸發上電極金屬，上電極金屬的厚度為80納米，該上電極金屬直接接觸于氧化物層；所述上電極金屬采用活性金屬，包括銀或銅。

8.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟6中所述剝離試劑采用丙酮+乙醇，先在丙酮中浸泡5分鐘，有光刻膠的地方與丙酮發生反應被溶解，連同光刻膠上的氧化物和金屬一起被剝離掉，待光刻膠、氧化物和金屬脫離后分別用乙醇和去離子水浸洗。

9.根據權利要求1所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，步驟7中所述在凸起的上電極金屬上加正電壓，是采用電場激勵采用半導體測試儀器在凸起的上電極金屬上加正電壓。

10.根據權利要求9所述的制備表面等離子體激元納米光子器件的方法，其特征在于，

如果上電極金屬采用銀，則在金屬銀電極加8V的正電壓，使得在氧化物層內部形成銀納米顆粒的鏈條；

如果上電極金屬采用銅，則在金屬銅電極加8至16V的正電壓，使得在氧化物層內部形成銅納米顆粒的鏈條。