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《利用激光干涉光刻制備納米圖形襯底的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、密級中國科學(xué)院大學(xué)Universit)’ofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文作者姓名：越隆蚩指導(dǎo)教師：睦塾班囂雖主國型堂瞳物堡班基壓學(xué)位類別：堡堂監(jiān)主學(xué)科專業(yè)：凝塞盔物堡研咒所：主重科堂瞳塑堡班囂壓2013年5月ByDaiLongguiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScien
2、ceInstituteofPhysicsMay,2013摘要一維或零維半導(dǎo)體納米材料相對于半導(dǎo)體體材料呈現(xiàn)出諸多優(yōu)越的物理性能，制備尺寸均勻、分布規(guī)則的半導(dǎo)體納米材料，并研究其優(yōu)異的光電性能是目前半導(dǎo)體材料研究領(lǐng)域的一個前沿課題。在納米光刻技術(shù)制備的圖形襯底上進行半導(dǎo)體納米材料的自組織生長時，既可發(fā)揮自組織生長納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，又能克服其分布隨機和尺寸漲落大的不足，從而獲得分布及尺寸都較均勻且缺陷少的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。激光干涉光刻技術(shù)相對于其他納米光刻技術(shù)，如電子束光刻、聚焦離子束光刻、軟X射線、納米壓印等，具有成
3、本低、效率高和大面積等圖形制備優(yōu)勢。本論文使用激光干涉光刻方法，并結(jié)合微納加工技術(shù)進行了大面積納米圖形襯底制備的研究。主要的研究內(nèi)容及實驗結(jié)果如下：基于激光干涉光刻理論，在本實驗室條件下，自主搭建了一套完整的激光干涉光刻系統(tǒng)。在激光干涉光刻系統(tǒng)搭建過程中，通過整體減震設(shè)計，光刻系統(tǒng)實現(xiàn)了較強的抵抗外界復(fù)雜震動和噪聲的能力；并通過激光光束的平行均勻化，光刻系統(tǒng)實現(xiàn)了圖形大面積范圍制備的均勻性。通過制備工藝條件的優(yōu)化，能夠利用此激光干涉光刻系統(tǒng)，在二英寸的襯底上連續(xù)穩(wěn)定制備均勻的納米光柵或二維陣列的圖形襯底。所制備
4、的圖形排布有序，尺寸均勻，晶面清晰。其中，制備的GaAsV形槽圖形襯底的周期為530nm，V形槽寬為330nm，臺面寬為200nm；Si上Si02孔陣圖形襯底的周期為460nm，孔的直徑為150--200nm；藍寶石三棱臺圖形襯底的周期為460nm，上臺面為135nm，下臺面為370nm。本論文發(fā)展了一種將激光干涉光刻方法與干法刻蝕和濕法刻蝕技術(shù)有效地結(jié)合起來，制備出了更短周期的V形槽陣列結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。此方法的關(guān)鍵點在于利用干法刻蝕產(chǎn)生的氟碳有機聚合物作為濕法刻蝕的掩膜，以及干法刻蝕時對樣品中國科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)
5、位論文進行的輕微過刻蝕，使Si02圖形下形成一層很薄的硅臺面。最終，以325nm的He．cd激光器為干涉光源，在硅襯底上成功制備了周期分別為250nm和225nm的硅基v形槽陣列圖形，打破了傳統(tǒng)激光干涉光刻最小周期為五／2的限制。本論文在上述方法的基礎(chǔ)上，還發(fā)展了一種直接將光刻膠點陣刻蝕為倒金字塔形孔陣列硅納米二維圖形的簡化工藝，省去了常規(guī)圖形反轉(zhuǎn)工藝中必須使用的金屬蒸鍍和光刻膠剝離等步驟，在二英寸的硅(00i)襯底上制備了大面積高度有序的二維納米孔陣列結(jié)構(gòu)。為了得到適用于GaN材料外延生長要求的、大面積尺寸均
6、一的三棱錐狀藍寶石圖形襯底，本論文發(fā)展了反應(yīng)離子束過刻蝕法、濕法側(cè)蝕法和金屬縮球法等三種方法。反應(yīng)離子束過刻蝕法和濕法側(cè)蝕法能夠減小掩膜的圖形大小，但當(dāng)需要尺寸很小的掩膜時，均暴露出大面積均勻性不好的缺點，造成濕法刻蝕后藍寶石圖形陣列不完整，出現(xiàn)空缺。金屬縮球法可以有效并精確的控制SiO：掩膜的大小，減小不同圖形尺寸相對誤差，大大提高掩膜的均一性。關(guān)鍵詞：納米光刻，激光干涉光刻，圖形襯底，光柵，陣列IIAbstractOne．dimensionaIandzero．dimensionaIsemiconductor
7、nanomaterialsaresuperiortothebulksemiconductormaterialsinmanyphysicalproperties．Itisafrontierresearchsubjectofsemiconductormaterialstopreparethesemiconductornanomaterialswithuniformsizeandregulardistribution，andtoresearchtheirexcellentopticalandelectricalpro
8、perties。Whentheself-organizedgrowthisperformedonapatternedsubstratepreparedbynanolithographytechnology,theformednanostructurescantaketheadvantageofself-organizedgrowth，andovercometherandomdistri
