專利名稱：一種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米壓印技術(shù)制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法。
背景技術(shù)：
偏振是光很重要的ー種性質(zhì)，日光經(jīng)過(guò)大氣散射后變成部分偏振光。自然界中有很多生物能夠感知偏振光在天空中的強(qiáng)度、方向和分布模式，井能用其來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位?，F(xiàn)有人已證明了在特定的地點(diǎn)特定的時(shí)間時(shí)天空偏振光是穩(wěn)定的，其偏振方位角可以通過(guò)瑞利散射的方法計(jì)算出來(lái)以及利用偏振光制作導(dǎo)航傳感器的可行性。目前已經(jīng)有很多學(xué)者搭建了偏振導(dǎo)航傳感器，并取得了ー些成果如大連理工大學(xué)褚金奎等人的“Constructionand periormance test 01 a novel polarization sensor for navigation，，搭建」一套偏振導(dǎo)航傳感器，并將其用在機(jī)器人上，實(shí)現(xiàn)了 ±0.2°的導(dǎo)航精度。以上所搭建的系統(tǒng)都 是應(yīng)用的分立器件，存在裝配誤差，其中偏振片與光電轉(zhuǎn)化器件的的安裝誤差會(huì)直接影響導(dǎo)航精度。使用分立器件還會(huì)增加系統(tǒng)的體積和重量，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。若光電探測(cè)器能夠具有偏振的功能，可以極大的減小導(dǎo)航傳感器的體積和重量，并可消除因偏振器與光電探測(cè)器安裝而引起的誤差。日本奈良先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)的 Sanshiro Shishido (Polarization Analyzing Image Sensor with On-Cnip Meta丄Wire Grid Polarizer in 65-nm Standard Complementary Metal Oxide SemiconductorProcess)利用65nm CMOSエ藝在CMOS圖像傳感器上制作了單層光柵偏振器，但是此種エ藝エ藝步驟較多，基于標(biāo)準(zhǔn)的CMOSエ藝限制也較多，雖適合大批量生產(chǎn)，卻不適合在初期研究。美國(guó)華盛頓大學(xué)的 Viktor Gruev 等(CCD polarization imaging sensor withaluminum nanowire optical filters)采用四次干涉曝光的エ藝在CO)圖像傳感器上制作不同方向的光柵，來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振敏感的功能，此種エ藝更為繁瑣，成本較高，不適合大批量生產(chǎn)。納米壓印技術(shù)是ー種全新的納米圖形制作方法，具有超高分辨率、加工效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，既可以在研究初期較快捷、經(jīng)濟(jì)的做單個(gè)或小批量的器件，也可以在技術(shù)成熟的時(shí)候大批量、低成本的制作所需的器件結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述分立器件及制作具有偏振作用的光電探測(cè)器エ藝的缺點(diǎn)，基于納米壓印技術(shù)在光電探測(cè)器上制作雙層金屬偏振器。發(fā)明了ー種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法。消除了因分立器件帶來(lái)的安裝誤差，既適合大批量生產(chǎn)，也適合初期的科研研究，加工效率高，成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是ー種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法，其特征是，為了實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器具有偏振檢測(cè)的功能，利用納米壓印エ藝在光電探測(cè)器上制作雙層納米金屬光柵偏振器，其步驟如下I)清洗光電探測(cè)器I和引線電極2，使其表面無(wú)顆粒等污染；
2)在光電探測(cè)器I和引線電極2上旋涂壓印膠3 ；3)將納米壓印模板4下壓，用納米壓印的方法壓印出一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形5，其壓印壓力為30bar，壓印溫度在65° C，壓印時(shí)間180s，隨后紫外光曝光60s ; —維納米光柵由納米壓印模板結(jié)構(gòu)決定，為單方向的一維光柵或多方向的納米光柵陣列；4)脫模，即脫去納米壓印模板4，得到含有殘留層6的一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形5，5)熱蒸鍍金屬，在納米光柵之上及納米光柵之間蒸鍍一層金屬層7 ;納米光柵和金屬層(7)形成的結(jié)構(gòu)即為雙層金屬光柵結(jié)構(gòu)；6)旋涂光刻膠8，曝光顯影，利用顯影液去除光電探測(cè)器引線電極2上的光刻膠及膠曝光區(qū)域的光刻膠9及熱蒸鍍的金屬層7 ；
7)以剩余光刻膠10為掩膜，干法刻蝕去除引線電極上的壓印膠3 ；8)用濕法腐蝕工藝去除剩余光刻膠10，得到光電探測(cè)器上的光柵偏振器結(jié)構(gòu)11。所述步驟中的光電探測(cè)器I是以PN結(jié)為基礎(chǔ)的光電二極管、CMOS圖像傳感器或CCD圖像傳感器；所述步驟中的壓印膠為熱固化壓印膠、光固化壓印膠或熱塑性光固化壓印膠；所述步驟5)和6)中的金屬層7包括金、銀、銅、鋁、鉻；所述步驟6)中的光刻膠8為各類正性光刻膠或各類負(fù)性光刻膠。本發(fā)明的效果和好處是克服了原有制作偏振敏感光電探測(cè)器中存在缺點(diǎn)，使用納米壓印工藝在光電探測(cè)器上制作雙層納米金屬光柵結(jié)構(gòu)，加工出具有偏振功能的光電探測(cè)器。消除了分立器件帶來(lái)的安裝誤差。該方法具有制作成本低，效率高、分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，可大批量生產(chǎn)亦可單個(gè)或小批量生產(chǎn)。


圖I為光電探測(cè)器示意圖，圖2為納米壓印工藝示意圖，圖3為脫模工藝示意圖，圖4為熱蒸鍍金屬工藝示意圖，圖5為旋涂光刻膠工藝示意圖，圖6為光學(xué)曝光工藝示意圖，圖7為顯影工藝示意圖，圖8為干法刻蝕工藝示意圖，圖9為腐蝕光刻膠工藝示意圖。上述圖中1-光電探測(cè)器，2-引線電極，3-壓印膠，4-納米壓印模板，5-—維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形，6-殘留層，7-金屬層，8-光刻膠，9-曝光區(qū)域的光刻膠，10-剩余光刻膠，11-光電探測(cè)器上的光柵偏振器結(jié)構(gòu)。圖10為最終在光電探測(cè)器上制作的光柵偏振器結(jié)構(gòu)的SEM照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如附圖I所示，先準(zhǔn)備好光電探測(cè)器I和其上的引線電極2，經(jīng)過(guò)清洗使表面無(wú)顆粒等污染。如附圖2所示，在光電探測(cè)器I和引線電極2上旋涂90nm的壓印膠3，此處壓印膠3采用的是瑞典Obducat公司提供的TU2-90壓印膠。將納米壓印模板4下壓，用納米壓印的方法壓印出一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形5，其壓印壓力為30bar，壓印溫度在65° C，壓印時(shí)間180s，隨后紫外光曝光60s。一維納米光柵由納米壓印模板結(jié)構(gòu)決定，為單方向的一維光柵或多方向的納米光柵陣列。如附圖3所示，脫模，即脫去納米壓印模板(4)，得到含有殘留層6的一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形5，納米光柵周期為200nm，高度180nm，線寬80nm。如附圖4所示，再采用熱蒸鍍エ藝蒸鍍ー層70nm金屬層7，此處金屬層7為鋁金屬，也可蒸鍍金、銀、銅或鉻。納米光柵和金屬層(7)形成的結(jié)構(gòu)即為雙層金屬光柵結(jié)構(gòu)。如附圖5所示，再旋涂2 ii m的BP212光刻膠8，旋涂的光刻膠8也可為其他各類正性光刻膠或各類負(fù)性光刻膠。如附圖6所示，采用光刻機(jī)曝光，曝光區(qū)域要包括引線電極2，以便之后露出引線電極，通過(guò)引線電極2將光電探測(cè)器I的信號(hào)傳給其他器件。如附圖7所示，用顯影液將曝光區(qū)域的光刻膠9去除掉，將顯影時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，可以將引線電極2上的金屬腐蝕掉。如附圖8所示，以光刻膠為掩膜干法刻蝕引線電極2上的壓印膠3.如附圖9所示，采用濕法腐蝕エ藝去除剩余光刻膠10，得到光電探測(cè)器上的光柵偏振器結(jié)構(gòu)11。如附圖10所示，為最終在光電探測(cè)器上制作的光柵偏振器結(jié)構(gòu)的SEM照片，完成了在光電探測(cè)器上制作納米光 柵偏振器。若光電探測(cè)器I上表面沒(méi)有引線電極2結(jié)構(gòu)，則エ藝步驟到熱蒸鍍エ藝蒸鍍ー層金屬層7結(jié)束。此發(fā)明利用納米壓印エ藝在光電探測(cè)器上制作了雙層納米金屬光柵結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光電探測(cè)器具有偏振檢測(cè)的功能。消除了分立器件帶來(lái)的安裝誤差，利用納米壓印エ藝可以實(shí)現(xiàn)單片或小批量的研究，也可以在技術(shù)成熟后實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。成本低，加工效率聞。
權(quán)利要求
1.一種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法，其特征是，為實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器具有偏振檢測(cè)的功能，利用納米壓印工藝在光電探測(cè)器上制作雙層納米金屬光柵偏振器，其步驟如下 1)清洗光電探測(cè)器(I)和引線電極(2)，使其表面無(wú)顆粒污染； 2)在光電探測(cè)器(I)和引線電極(2)上旋涂壓印膠(3); 3)將納米壓印模板(4)下壓，用納米壓印的方法壓印出一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形(5)，其壓印壓力為30bar，壓印溫度在65° C，壓印時(shí)間180s，隨后紫外光曝光60s ;—維納米光柵由納米壓印模板結(jié)構(gòu)決定，為單方向的一維光柵或多方向的納米光柵陣列； 4)脫模，得到含有殘留層(6)的一維納米光柵結(jié)構(gòu)的壓印膠圖形(5)； 5)熱蒸鍍金屬，在納米光柵之上及納米光柵之間蒸鍍一層金屬層(7)，納米光柵和一層金屬(7)形成的結(jié)構(gòu)即為雙層金屬光柵結(jié)構(gòu)； 6)旋涂光刻膠(8)，曝光顯影，利用顯影液去除光電探測(cè)器引線電極(2)上的光刻膠及膠曝光區(qū)域的光刻膠(9)及熱蒸鍍的金屬層(7)； 7)以剩余光刻膠(10)為掩膜，干法刻蝕去除引線電極上的壓印膠(3)； 8)用濕法腐蝕工藝去除剩余光刻膠(10)，得到光電探測(cè)器上的光柵偏振器結(jié)構(gòu)(11)。
2.如權(quán)利要求I中所述的一種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法，其特征在于，所述步驟中的光電探測(cè)器(I)是以PN結(jié)為基礎(chǔ)的光電二極管、CMOS圖像傳感器或CCD圖像傳感器；所述步驟中的壓印膠為熱固化壓印膠、光固化壓印膠或熱塑性光固化壓印膠；所述步驟5)和6)中的金屬(7)包括金、銀、銅、鋁、鉻；所述步驟6)中的光刻膠(8)為各類正性光刻膠或各類負(fù)性光刻膠。
全文摘要
本發(fā)明一種制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法屬于微納米制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于納米壓印技術(shù)制作偏振敏感光電探測(cè)器的方法。為實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器具有偏振檢測(cè)的功能，利用納米壓印工藝在光電探測(cè)器上制作雙層納米金屬光柵偏振器，其步驟如下清洗光電探測(cè)器，使其表面無(wú)顆粒等污染；在光電探測(cè)器上旋涂壓印膠，應(yīng)用納米壓印制作納米光柵；熱蒸鍍金屬，在光柵之上及光柵之間沉積一層金屬；旋涂光刻膠，曝光顯影，利用顯影液去除光電探測(cè)器引線電極上的光刻膠及熱蒸鍍的金屬；以剩余光刻膠為掩膜，干法刻蝕去除引線電極上的壓印膠。本發(fā)明消除了分立器件帶來(lái)的安裝誤差，利用納米壓印工藝實(shí)現(xiàn)單片或小批量的生產(chǎn)。成本低，加工效率高。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102820311SQ20121025446
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者侯增選, 郭超, 孫景華, 趙寧, 劉文慧, 李少武, 李萬(wàn)杰, 張邦磊 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)