一種太赫茲諧振腔型等離子芯片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太赫茲波芯片領域，具體涉及一種太赫茲諧振腔型等離子芯片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]太赫茲(THz)波是位于微波和遠紅外線之間的電磁波，在生物醫(yī)學、安全監(jiān)測、無損傷探測、天文學、光譜與成像技術以及信息科學等領域有著廣泛的應用，因此，研宄太赫茲有著重大意義。近年來，隨著超快激光技術的發(fā)展，使得太赫茲脈沖的產生有了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使得人們能夠研宄太赫茲波。
[0003]表面太赫茲凹槽結構可以傳輸太赫茲表面波，在太赫茲集成電路及太赫茲芯片傳感領域有著重要的應用。但凹槽結構的加工以及太赫茲表面波的激發(fā)，仍是阻礙太赫茲波技術發(fā)展的難題。2008年，Zhu等人在Optics Express上發(fā)表了在金屬上加工凹槽結構的方法，由于需要強激光燒蝕，加工難度及成本很高，滿足不了產業(yè)化要求。之后，RobertBosch公司利用交替往復式工藝提出一種深硅刻蝕方法，盡管凹槽結構的加工變得相對容易，但由于硅材料是半導體材料，不能激發(fā)太赫茲等離子芯片中的表面波傳輸，同時，這種工藝加工出的硅基槽的光滑度也不能滿足傳播要求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明是為解決上述問題而進行的，通過提供一種太赫茲諧振腔型等離子芯片及其制備方法，既簡化了在硅材料中加工周期結構的加工工藝，又解決了硅材料不能激發(fā)太赫茲表面波的難題。
[0005]本發(fā)明采用了如下技術方案:
[0006]本發(fā)明提供的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟:
[0007]步驟一，清洗娃基片
[0008]米用超聲波依次選用去離子水5?15min、甲醇10?20min、丙酮20?40min、甲醇5?15min、去離子水5?1min進行清洗；
[0009]步驟二，鍍S1Jl
[0010]將步驟一中得到的清洗后的硅基片放置于鍍膜機工作架上，進行抽真空處理，抽至真空度小于7X10_4Pa，然后開始鍍S1J莫，鍍膜時間為0.5至5小時，得到鍍有S1jl的娃基片；
[0011]步驟三，涂底
[0012]將步驟二得到的鍍有S1Ji的硅基片置于溫度為2000?2200°C的烘箱中25?35min，而后取出娃基片放置4?6min，當娃基片的溫度與室溫相差不大時開始采用正膠對S12層表面進行靜態(tài)滴膠，得到帶有光刻膠涂層的硅基片；
[0013]步驟四，前烘
[0014]將步驟三中的帶有光刻膠涂層的硅基片置于溫度為90?110°C的烘箱中2?4min ；
[0015]步驟五，對準、曝光和顯影
[0016]將帶有所需圖形的掩膜在步驟四中的硅基片表面上準確定位，曝光70?72s，將所需圖形轉移到光刻膠涂層上，而后顯影I?3min，將感光的正膠去除，在光刻膠涂層上顯示出所需圖形；
[0017]步驟六，后烘
[0018]將步驟五中得到的硅基片置于溫度為110?130°C的烘箱2?4min，用于增強光刻膠涂層與所述S12層間的附著力；
[0019]步驟七，腐蝕
[0020]利用HF和水的體積比為1:6的HF緩沖液去除步驟六中的硅基片表面暴露的所述S1Ji，完成對硅基片的預處理，再將預處理后的硅基片放置于體積比為KOH:H20:IPA =3:6:1的腐蝕液中腐蝕3?lOmin，腐蝕溫度為75?85°C，將所需圖形從所述光刻膠涂層上轉移至步驟二中的硅基片上；
[0021]步驟八，去除光刻膠涂層
[0022]將步驟七中的硅基片置于丙酮與無水酒精體積比為2:1的混合溶液里，超聲清洗3min，去離子水沖洗后置于濃度為98%硫酸、雙氧水、去離子水體積比為2:1:1的溶液中，超聲清洗3min，取出后再用去離子水清洗，去除光刻膠涂層；
[0023]步驟九，鍍金屬膜
[0024]將步驟八中的硅基片安裝于真空蒸鍍機中，用真空泵抽真空，使得蒸鍍機中的真空度達到1.3X10_2?1.3X 10_3Pa，加熱坩禍使高純度的金屬絲溶化并蒸發(fā)成氣態(tài)，氣態(tài)金屬微粒在硅片表面沉積、經冷卻還原即形成一層連續(xù)而光亮的金屬層。
[0025]本發(fā)明提供的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟三中，采用正膠AZp4620進行靜態(tài)滴膠。
[0026]本發(fā)明提供的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟九中，金屬膜為金屬鋁膜，金屬鋁膜的厚度為200?500nm。
[0027]本發(fā)明提供的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，還可以具有這樣的特征:步驟九中，金屬鋁在1200?1400°C的溫度下溶化蒸發(fā)成氣態(tài)鋁。
[0028]進一步的，本發(fā)明還提供了一種太赫茲諧振腔型等離子芯片，芯片的結構層自上而下依次為:
[0029]金屬層；S1Jl ;以及Si層。其中，芯片上設置有至少一個凹槽，凹槽的槽底位于Si層中，凹槽表面為金屬層，凹槽耦合射入金屬層的入射光產生表面等離子體激元，構成了芯片的等離子結構層。
[0030]本發(fā)明提供的太赫茲諧振腔型等離子芯片，還可以具有這樣的特征:凹槽的橫截面的形狀為“C”字形，槽底為“V”字形。
[0031]發(fā)明作用與效果
[0032]本發(fā)明提供了一種太赫茲諧振腔型等離子芯片及其制備方法，由于在做好結構的硅材料上鍍上了一層金屬膜，使得整個結構可等效為金屬等離子微結構太赫茲芯片，解決了硅材料不能激發(fā)太赫茲表面波的難題，同時由于采用光刻以及濕法刻蝕相結合的方法在硅材料中加工周期結構，既簡化了在硅材料中加工周期結構的加工工藝，更有利于實現批量生產，又解決了傳統(tǒng)的交替往復式硅刻蝕工藝，大大提高了結構的光滑平整性。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法的流程圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的太赫茲諧振腔型等離子芯片的剖面圖；
[0035]圖3(a)是本發(fā)明的太赫茲諧振腔型等離子芯片的俯視圖；
[0036]圖3(b)是本發(fā)明的凹槽的俯視圖。
【具體實施方式】
[0037]以下結合附圖來說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0038]圖1是本實施例的太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法的流程圖。
[0039]以下通過三個實施例對圖1進行說明。
[0040]實施例一
[0041]一種太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0042]步驟一，清洗硅基片
[0043]采用超聲波依次選用下列溶劑進行清洗:去離子水5min、甲醇lOmin、丙酮20min、甲醇5min、去離子水5min，兩次；
[0044]步驟二，鍍S1Jl
[0045]將步驟一中得到的清洗后的硅基片放置于鍍膜機工作架上，進行抽真空處理，抽至真空度小于7X 10_4Pa，然后開始鍍3102膜，鍍膜時間為0.5小時，得到鍍有S12層的硅基片;
[0046]步驟三，涂底
[0047]將步驟二得到的鍍有S1Jl的硅基片置于溫度為2000°C的烘箱中35min，而后取出硅基片放置4min，當硅基片的溫度與室溫相差不大時開始采用正膠AZp4620對S12層表面進行靜態(tài)滴膠，得到帶有光刻膠涂層的硅基片；
[0048]步驟四，前烘
[0049]將步驟三中的帶有光刻膠涂層的硅基片置于溫度為90°C的烘箱中4min。促進光刻膠涂層內溶劑充分揮發(fā)，使光刻膠涂層干燥，增加其粘附性及耐磨性；
[0050]步驟五，對準、曝光和顯影
[0051]將帶有所需圖形的掩膜在步驟四中的硅基片表面上準確定位，曝光70s后，將所需圖形轉移到光刻膠涂層上，而后顯影l(fā)min，正膠感光區(qū)溶解在顯影液中，將感光的正膠去除，在光刻膠涂層上顯示出所需圖形；
[0052]步驟六，后烘
[0053]將步驟五中得到的硅基片置于溫度為110°C的烘箱4min，去除光刻膠涂層中的顯影液溶劑，同時增強光刻膠涂層與所述S12層間的附著力；
[0054]步驟七，腐蝕
[0055]利用HF和水的體積比為1:6的HF緩沖液去除步驟六中的硅基片表面暴露的所述S1Ji，完成對硅基片的預處理，再將預處理后的硅基片放置于體積比為KOH:H20:IPA =3:6:1的腐蝕液中腐蝕，腐蝕溫度為75°C，并在腐蝕過程中進行適量的攪拌，使得所需圖形從所述光刻膠涂層上轉移至步驟二中的硅基片上；
[0056]步驟八，去除光刻膠涂層
[0057]將步驟七中的硅基片置于丙酮與無水酒精體積比為2:1的混合溶液里，超聲清洗3min，去離子水沖洗后置于濃度為98%硫酸、雙氧水、去離子水體積比為2:1:1的溶液中，超聲清洗3min，去除光刻膠涂層，取出后再用去離子水清洗，去除硫酸、雙氧水、丙酮殘留；
[0058]步驟九，鍍金屬鋁膜
[0059]將步驟八中的硅基片安裝于真空蒸鍍機中，用真空泵抽真空，使得蒸鍍機中的真空度達到1.3X10_2Pa，加熱坩禍使高純度的金屬鋁絲在1200°C的溫度下溶化并蒸發(fā)成氣態(tài)鋁，氣態(tài)金屬鋁微粒在硅片表面沉積、經冷卻還原即形成一層連續(xù)而光亮、厚度為200nm的鋁層。
[0060]實施例二
[0061]一種太赫茲諧振腔型等離子芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0062]步驟一，清洗娃基片
[0063]采用超聲波依次選用下列溶劑進行清洗:去離子水lOmin、甲醇15min、丙酮30min、甲醇lOmin、去離子水5min，兩次；
[0064]步驟二，鍍S1Jl
[0065]將步驟一中得到的清洗后的硅基片放置于鍍膜機工作架上，進行抽真空處理，抽至真空度小于7X10_4Pa，然后開始鍍3102膜，鍍膜時間為3小時，得到鍍有S1jl的硅基片;
[0066]步驟三，涂底
[0067]將步驟二得到的鍍有S1Jl的硅基片置于溫度為2100°C的烘箱中30min，而后取出硅基片放置5min，當硅基片的溫度與室溫相差不大時開始采用正膠AZp4620對S12層表面進行靜態(tài)滴膠，得到帶有光刻膠涂層的硅基片；
[0068]步驟四，前烘