近紅外波段堆垛結構三維光子晶體的製備和研究

《近紅外波段堆垛結構三維光子晶體的製備和研究》是依託蘇州大學，由劉全擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：近紅外波段堆垛結構三維光子晶體的製備和研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉全
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

在光電集成器件中引入光子晶體將是納電子器件中電子瓶頸效應的重要解決途徑之一，但迄今為止仍缺乏一種高效低成本的近紅外波段三維光子晶體的構建方法。本項目基於全息光刻－離子束刻蝕技術提出了一種堆垛結構三維光子晶體的新構建方法（其中，全息光刻技術將用於掩模製作，離子束刻蝕技術則用於掩模的圖形轉移，通過分層製作，構建三維結構），並從實驗和理論上對用於近紅外波段的堆垛結構光子晶體的構建過程進行分析與研究。一方面，通過對全息干涉光場的模擬研究，獲得干涉光場形成的周期結構以及大面積周期性缺陷結構的形成條件，為從實驗上確定周期性（缺陷）結構提供依據；另一方面，將從實驗上闡明多層干涉曝光過程中的光學莫爾條紋對準問題對光子晶體的影響規律，以及圖形轉移過程中的溝槽演變特徵，找到彼此之間的內在關聯，為精確構建三維堆垛結構光子晶體給出依據。該項目的實施將有助於發展我國擁有自主智慧財產權的三維光子晶體的構建技術。

結題摘要

具有完全帶隙的三維光子晶體可以在空間所有方向上對光子的傳播進行調製，是光子晶體發展的重中之重，也是未來三維集成光子光路的基礎。但是製作可見光和近紅外波段的三維光子晶體仍面臨很大困難，這限制了光子晶體的發展和廣泛套用。本項目基於全息光刻－離子束刻蝕技術提出了一種近紅外波段三維光子晶體的新構建方法，該方法充分利用了全息光刻的深亞微米解析度，以及可以進行大面積均勻曝光製作的優點。其中，全息光刻技術將用於掩模製作，離子束刻蝕技術則用於掩模的圖形轉移，通過分層製作，構建三維結構。分析了駐波效應對光柵槽形的影響並提出抑制駐波效應的方法，建立了光刻膠曝光顯影工藝與光刻膠光柵槽形的聯繫，提高了工藝穩定性，有效地實現了對光刻膠光柵槽形的控制。建立和完善離子束刻蝕槽形演化數值模型，通過模擬刻蝕過程中光柵槽形演化，結合大量實驗驗證，發現採用離子束刻蝕和反應離子束刻蝕相結合的方法，有效實現對光柵占寬比的控制；結合刻蝕時間的控制實現光柵槽深的控制，實現對光柵槽形精密控制。並成功研製了光纖光柵相位掩模、高深寬比偏振光柵和閃耀光柵。為了解決逐層製作三維光子晶體中平坦化難題，提出了最佳化的二步刻蝕拋光法，第一步拋光過程中只傾斜工件台，利用光柵結構自身的遮擋，既實現了拋光效果，又有效的保護了溝槽中的膜層；第二步拋光過程中，既傾斜工件台，又轉動工件台，進而實現全局平坦化。為了實現多層結構之間的精確對準，建立和完善了光學莫爾條紋對準系統，進行了莫爾條紋對準技術研究。在此基礎之上逐層製作光子晶體。