[發明專利]在碲化鋅表面制備亞波長微結構陣列的方法

在審

• 申請號: 201910877386.7
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110611013A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 周策;徐亞東;董江鵬;張濱濱;楊皓
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L21/467;H01L21/67;H01L31/0236;B81C1/00
• 代理公司: 61204 西北工業大學專利中心
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種在碲化鋅表面制備亞波長微結構陣列的方法，用于解決現有制備的亞波長微結構形狀、形貌連續可調性差的技術問題。技術方案是利用氧氣作為刻蝕氣體，采用反應離子刻蝕的方法對PS微球進行預刻蝕，利用氧氣等離子體與PS微球的化學反應以及離子轟擊效應對PS微球進行刻蝕。通過調節刻蝕工藝參數，選取射頻功率范圍，氧氣流量范圍，刻蝕氣壓，刻蝕時間，能夠在短時間內實現對PS微球尺寸的連續可調。采用控制射頻功率、刻蝕氣氛，調節刻蝕自偏壓，提高了ZnTe晶體的刻蝕速率。調節刻蝕工藝過程，調節參數射頻功率，自偏壓，刻蝕氣氛，刻蝕氣壓，刻蝕時間范圍，實現對亞波長微結構形狀的調節。

技術領域

本發明涉及一種制備亞波長微結構陣列的方法，特別涉及一種在碲化鋅表面制備亞波長微結構陣列的方法。

背景技術

碲化鋅(ZnTe)作為一種新型II-VI族電光晶體，由于其較高的二階非線性系數(X⁽²⁾＝1.6×10^-7esu)以及光電系數(r₄₁＝4.04pm/V)受到人們的廣泛關注。由于該材料能夠與800nm光形成良好的相位匹配，因此被廣泛應用于太赫茲(THz)產生與探測領域。然而由于ZnTe材料表面本身存在的較為嚴重的菲涅爾反射現象導致其THz產生與探測效率大幅降低。并且當樣品厚度較小時，晶體表面存在的較強反射會導致THz探測脈沖在晶體內部來回反射，從而使得THz時域光譜圖上在主峰附近會出現一系列子峰，使得THz頻域譜上出現“毛刺”，這種現象被稱為F-P現象，F-P現象的存在將嚴重干擾THz信號探測以及處理過程。

為了減小表面存在的菲涅爾反射現象，傳統的鍍抗反射介質膜的方法能夠達到一定的抗反射效果，具體工藝為在晶體表面鍍上一層厚度為入射光波長四分之一的透明介質薄膜，利用光的干涉原理來實現抗反射性能。然而此方法只能勉強實現單一波長下的抗反射性能。增加膜層的數量雖然能夠在一定程度上實現多個波段下的抗反射性能，但是膜層材料與基底材料之間物理化學性質的差異不可避免地會導致膜層與基底材料之間會存在較為嚴重的熱應力以及附著力差的問題，并且若需實現特定波長下的抗反射性能，必須對膜層的厚度進行嚴格的把控，這一點也為工藝過程增添了不小的難度。文獻“J,DarmoJ,Unterrainer K.Metallic wave-impedance matching layers for broadbandterahertz optical systems[J].Optics express,2007,15(11):6552-6560.”公開了一種在Si，GaAs和GaP基底表面制備Cr和ITO金屬層作為抗反射層的方法，但是該方法雖能實現表面抗反射性能，但并未達到增透的效果。

相較于鍍抗反射介質膜的方法，在光學晶體表面制備亞波長微結構(SWS)的方法能夠實現寬波段下穩定的抗反射性能。等效介質理論將亞波長微結構等效為一層折射率逐漸變化的薄膜，這層薄膜減小了光的入射介質與光學晶體之間的折射率之差，從而能夠緩解光學晶體表面存在的菲涅爾反射現象，從而增加入射光透過光學晶體的概率。并且在光學晶體表面制備亞波長微結構的方法從根本上解決了鍍膜帶來的附著力差與熱應力問題。同時，在光學晶體表面直接制備亞波長微結構的方法也保證了光學晶體表面不受破壞。