硅基太赫茲增透窗口的設(shè)計(jì)與工藝研究

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1、電子科技大學(xué)ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ碩士學(xué)位論文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ論文題目硅基太赫茲增透窗口的設(shè)計(jì)與工藝研宄學(xué)科專(zhuān)業(yè)光學(xué)工程學(xué)號(hào)２０１５２１０５０４０６作者姓名陳志祥指導(dǎo)教師何少偉副研究員分類(lèi)號(hào)密級(jí)注ＵＤＣ＾學(xué)位論文娃基太赫茲增透窗口的設(shè)計(jì)與工藝研究（題名和副題名）陳志祥（作者姓名）指導(dǎo)教師何少偉ｇｌｌ研究員電子科技大學(xué)成都（姓名、職稱(chēng)、單位名稱(chēng)）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科專(zhuān)業(yè)光學(xué)工程提交

2、論文日期２０１８．４論文答辯日期２０１８．５學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)２０１８年６月答辯委員會(huì)主席吳志明評(píng)閱人袁凱王濤注：。１注明《國(guó)際十進(jìn)分類(lèi)法ＵＤＣ》的類(lèi)號(hào)ＤｅｓｉｎａｎｄＰｒｏｃｅｓｓＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｉｌｉｃｏｎＢａｓｅｄｇＴｅｒａｈｅｒｔｚＡｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎＷｉｎｄｏｗＡＭａｓｔｅｒＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｇｙＤｉｓｃｉｌｉｎｅ：ＯｔｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎｐｐｇｇ

3、Ａｕｔｈｏｒ：ＣｈｅｎＺｈｉｘｉａｎｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：ＨｅＳｈａｏｗｅｉｐｈｌＳｃｏｏ：ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｐｇｇ摘要摘要亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)指的是尺寸小于入射波長(zhǎng)的二元光學(xué)表面結(jié)構(gòu)。當(dāng)多臺(tái)階亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的特征尺寸遠(yuǎn)小于入射波長(zhǎng)時(shí)，每一層亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于傳統(tǒng)光學(xué)元件表面折射率均勻的增透膜。通過(guò)對(duì)該結(jié)構(gòu)的周期、占空比、高度進(jìn)行計(jì)算與仿真可獲得具有增透效應(yīng)的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。本文從設(shè)計(jì)理論以及制作工藝兩方面對(duì)多臺(tái)階亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，將傳統(tǒng)紅外寬帶增透膜理論與亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的等效介質(zhì)理論結(jié)合，并利用嚴(yán)格耦合波理

4、論進(jìn)行分析，最終得出三臺(tái)階亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后，將仿真理論與制作工藝結(jié)合考慮，通過(guò)設(shè)計(jì)合適范圍的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在得到最佳透過(guò)率的基礎(chǔ)上，并降低了單臺(tái)階結(jié)構(gòu)制作工藝的成本與難度；以及三臺(tái)階結(jié)構(gòu)可以提高器件的工藝容差。本文的主要內(nèi)容簡(jiǎn)述如下：(1)介紹了等效介質(zhì)理論，并將該理論與傳統(tǒng)紅外寬帶增透膜理論相結(jié)合推導(dǎo)出多臺(tái)階結(jié)構(gòu)的近似結(jié)構(gòu)參數(shù)。討論了亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)于任意入射光僅存在零級(jí)衍射時(shí)對(duì)應(yīng)的周期閾值。(2)介紹了嚴(yán)格耦合波理論，將等效介質(zhì)理論與紅外寬帶增透膜理論得出的多臺(tái)階近似結(jié)構(gòu)參數(shù)作為參考值，利用以嚴(yán)格耦合波理論為基礎(chǔ)編寫(xiě)的MATLAB程序進(jìn)行仿真，最終得出最佳透過(guò)率時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用掩膜

5、版制作軟件L-Edit繪制出不同層次臺(tái)階的掩膜版圖形，以及在第二次與第三次光刻需要的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。(3)介紹了多臺(tái)階結(jié)構(gòu)的制作工藝流程。傳統(tǒng)多臺(tái)階的制作是采用多次單掩膜的工藝流程，而這里采用的是多掩模的工藝流程。避免了多次單掩膜工藝流程中的坑底堆膠，光刻線(xiàn)條質(zhì)量差的問(wèn)題。對(duì)所使用的掩膜層的沉積工藝與刻蝕工藝進(jìn)行了介紹。通過(guò)對(duì)刻蝕后的臺(tái)階結(jié)構(gòu)的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多掩模工藝刻蝕后的圖形線(xiàn)條質(zhì)量好。(4)根據(jù)傳統(tǒng)多膜增透理論，設(shè)計(jì)了一種三臺(tái)階的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，提高了最大透過(guò)率。實(shí)際制作出硅基底的太赫茲增透窗口在170μm~190μm內(nèi)的平均透過(guò)率達(dá)到了76%，相對(duì)于裸硅片以及單臺(tái)階結(jié)構(gòu)分別有14%與7%的提升。利用

6、MATLAB仿真程序，在100μm~400μm波段進(jìn)行仿真，并與實(shí)際測(cè)得的透過(guò)率進(jìn)行對(duì)比，得出三臺(tái)階結(jié)構(gòu)與三層增透膜結(jié)構(gòu)相同，都具有三個(gè)波峰位置。關(guān)鍵詞：太赫茲，三臺(tái)階亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，等效介質(zhì)理論，嚴(yán)格耦合波理論，多掩膜層IABSTRACTABSTRACTSubwavelength?structure?meansbinarythe?optical?element?whose?size?is?smaller?than?the?incident?wavelength.?When?the?size?of?multilayer?subwavelength?structure?is?much?smaller

7、?than?the?incident?wavelength,every?layer?of?structure?is?similar?to?the?antireflection?coating?that?on?the?surface?of?traditional?optical?elements.?Through?the?calculation?and?simulationof?the?period