[發明專利]一種用于電光調制器的金屬-硅微納米線錐形復合天線及其制備方法

有效

• 申請號: 201910976604.2
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110718754B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 雷煜卿;仝杰;李英峰;張來豫;李許安;李美成
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;華北電力大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/22;G02F1/03;G02F1/035
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

1.一種用于電光調制器的金屬-硅微納米線錐形復合天線，包括錐形硅結構主體和金屬薄膜層；

所述錐形硅結構主體為單晶硅材料制作的具有與電光調制器上表面平行的內外兩個三角形表面的扁平錐形體；內表面朝向電光調制器和電光調制器的波導結構，外表面與內表面相對，朝向外部；內表面與外表面之間由三個側面相連接，所述三個側面的面積均小于內表面或外表面的面積；所述錐形硅結構主體的外表面通過化學刻蝕法制作有硅微納米線結構；所述硅微納米線結構為數量較多的硅納米線環繞設置在數量較少的硅微米柱四周形成的復合陣列結構，且所述硅納米線和硅微米柱的頂部具有材質為Au的帽狀結構；

所述金屬薄膜層為鍍制在錐形硅結構主體內表面的金屬Au薄膜，且所述金屬薄膜層與電光調制器的波導結構電極電氣連接；

所述復合天線的金屬薄膜層通過導電膠固定連接在電光調制器的波導結構電極上，且波導結構兩側的兩個電極各分別連接有一個所述復合天線。

2.如權利要求1所述的復合天線，其特征在于，所述錐形硅結構主體厚度為350微米。

3.如權利要求1所述的復合天線，其特征在于，所述鍍制在錐形硅結構主體內表面的金屬Au薄膜厚度為60納米至80納米。

4.如權利要求1所述的復合天線，其特征在于，所述硅納米線和硅微米柱復合陣列中硅微米柱直徑為5至10微米、長度為20至24微米，硅納米線直徑為80至300納米、長度為12至16微米；所述硅微米柱的填充率為1×10⁴至5×10⁴cm^-2，所述硅納米線的填充率為3×10⁹至8×10⁹cm^-2。

5.如權利要求1至4任一項所述的復合天線，其特征在于，所述復合天線表面的垂直投影為底邊長0.5毫米、高6毫米的等腰三角形。

6.一種制備金屬-硅微納米線錐形復合天線的方法，包括以下步驟：

S1、清洗硅晶圓片，將一定濃度的KMnO₄引入AgNO₃與HF溶液形成刻蝕液，把清洗后的硅晶圓片浸入刻蝕液；產物K₂SiF₆溶度積超過6.3×10^-7mol³dm^-9時自析出并形成微米粒子，進而充當刻蝕的掩模層；通過刻蝕時間調整控制刻蝕過程，在硅晶圓片的其中一面上成型硅納米線和硅微米柱復合陣列；

S2、通過真空蒸發鍍膜法在硅晶圓片其中成型有硅納米線和硅微米柱復合陣列的表面鍍制3納米厚度的金屬Au膜，并對鍍膜后的表面進行退火工藝處理，使硅納米線和硅微米柱頂部尖端形成材質為Au的帽狀結構，形成錐形硅結構主體的外表面；在沒有成型硅納米線和硅微米柱復合陣列的一面鍍制60納米至80納米厚度的金屬Au膜形成金屬薄膜層，形成錐形硅結構主體的內表面；

S3、將硅晶圓片生長有硅納米線和硅微米柱復合陣列的一面朝上放置，通過激光切割為底邊長0.5毫米、高6毫米的三角形，即得到所需的復合天線。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S1還包括通過更改刻蝕工藝參數控制硅微納米線結構的形貌和/或尺寸。