[發明專利]基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器及制作方法

有效

• 申請號: 202010850190.1
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111880251B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 劉文杰;卓青霞;劉怡俊
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G02B5/00
• 分類號: G02B5/00;G02B5/18
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 沈闖

1.基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器，其特征在于，由下至上依次設有襯底、介質光柵層、非對稱金屬光柵結構與介質填充層；

所述介質光柵層包括若干個等距排列的介質光柵；

所述非對稱金屬光柵結構部分覆蓋所述介質光柵表面，所述非對稱金屬光柵結構為倒“L”字型結構或“Z”字型結構；

所述介質光柵的折射率為1.4～1.7，所述介質光柵的寬度為75～200nm，所述介質光柵的高度為75～300nm，所述介質光柵層的光柵周期為300～800nm；

所述介質填充層相對于所述非對稱金屬光柵結構表面以上的結構厚度為50-800nm。

2.根據權利要求1所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器，其特征在于，所述介質光柵層的所述光柵周期為400-600nm。

3.根據權利要求1所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器，其特征在于，所述非對稱金屬光柵結構的金屬度大于50nm，所述非對稱金屬光柵結構的金屬厚度為70～150nm。

4.基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

S101：在襯底上形成具有若干個等距排列的介質光柵的介質光柵層，所述介質光柵的折射率為1.4～1.7，所述介質光柵的寬度為75～200nm，所述介質光柵的高度為75～300nm，所述介質光柵層的光柵周期為300～800nm；

S102：在所述介質光柵層上形成非對稱金屬光柵結構，所述非對稱金屬光柵結構部分覆蓋所述介質光柵表面，同時，所述非對稱金屬光柵結構為倒“L”字型結構或“Z”字型結構；

S103：在所述非對稱金屬光柵結構的所在空間填充介質并形成介質填充層，所述介質填充層覆蓋所述非對稱金屬光柵結構與所述介質光柵層表面，所述介質填充層相對于所述非對稱金屬光柵結構表面以上的結構厚度為50-800nm；

S104：對經所述步驟S103獲得的樣品通過刻蝕工藝刻蝕出耦合器的獨立單元。

5.根據權利要求4所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步驟S101中形成所述介質光柵層的制作方法采用下列三種方法的任意一種：

1)首先，在所述襯底的上表面通過旋涂方法形成光刻膠，然后，采用曝光與顯影工藝形成具有所述光刻膠制成的所述介質光柵的介質光柵層；

2)首先，在所述襯底的上表面形成介質層，所述介質層采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介質層上通過旋涂方法形成光刻膠，并通過曝光、顯影形成所述光刻膠制成的所述介質光柵，最后，通過干法刻蝕工藝形成所述介質光柵層；

3)首先，在所述襯底的上表面形成介質層，所述介質層采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介質層上通過旋涂方法形成光刻膠，并通過納米壓印工藝形成所述光刻膠制成的所述介質光柵，最后，通過干法刻蝕工藝形成所述介質光柵層。

6.根據權利要求4所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步驟S102中采用傾斜蒸鍍方法形成所述非對稱金屬光柵結構，具體包括：通過電子束坩堝發出電子束，并將經過所述步驟S101獲得的樣品以預設的傾斜角度相對所述電子束的出射方向傾斜設置，所述預設的傾斜角度可調，經過蒸鍍后，所述介質光柵的表面上形成倒“L”或“Z”字型結構的非對稱金屬光柵結構。

7.根據權利要求6所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述預設的傾斜角度為30°～60°。

8.根據權利要求4所述的基于非對稱金屬光柵結構的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步驟S103中形成所述介質填充層的具體步驟包括：通過旋涂方法在所述非對稱金屬光柵結構與所述介質光柵層表面上形成表面平整的所述介質填充層，其中，旋涂的轉速為4000～10000轉/分鐘，旋涂的次數為3～5次，所述介質填充層的介質為氫倍半硅氧烷。