激光干涉光刻法制备SiO_2光子晶体薄膜

【摘要】光电器件如光电探测器、LED发光二级管、太阳能电池等在我们的生活中有着非常广泛的应用,人们通过使用新材料,设计新器件结构等不断提高光电器件的性能。抗反射膜作为光电器件重要的组成部分,自然是研究的热点。除了探索一维结构的多层抗反射膜以外,已提出了二维甚至三维结构的抗反射膜,其中包括了光子晶体抗反射膜。人们可通过设计光子晶体的参数使光子晶体抗反射膜能在光电器件的工作波段上有较好的减透增反效果,提高器件的性能。合适的光子晶体制备手段应能实现快速、灵活地制备具有一定面积的纳米周期光子晶体结构。本文对三种制备方法进行了研究：胶体微球刻蚀法、激光全息光刻法与激光干涉光刻法。胶体微球刻蚀法是一种通过微球自组装形成掩膜的纳米刻蚀技术,它可制备大面积的纳米光子晶体结构,但是胶体微球刻蚀法同时也存在制备时间较长(采用重力沉积法自组装),且制备的光子晶体结构不够均匀等缺点；激光全息光刻法的特点通过全息光学元件(HOE)可快速制备大面积的光子晶体结构,但是受限于HOE,激光全息光刻法无法灵活地制备多种周期的光子晶体；相对于前两种光子晶体制备方法,激光干涉光刻法的制备时间短,所制备的光子晶体参数灵活可调,非常适合用于研究制备光子晶体抗反射膜。因此,我们以激光干涉光刻法作为光子晶体的制备手段进行了深入的研究。我们选择洛埃镜干涉仪作为激光干涉光刻法的实验装置,采用双光束两次曝光的方法制备周期为700nm的二氧化硅(Si02)二维阵列结构的光子晶体。论文对激光干涉光刻法的原理以及曝光后形成的正性光刻胶模型进行了深入的研究,分析结果为曝光显影后的曝光模型为上窄下宽的纳米柱点阵结构。通过选择正性光刻胶S1813与负性光刻胶N1407,我们制备了两种形貌的光子晶体,但结果发现,曝光后的正性光刻胶在电感耦合等离子刻蚀技术(ICP)的刻蚀下易发生脱胶现象,所制备纳米柱顶端呈锯齿状,光子晶体均匀性较差。而N1407制备的孔洞阵列光子晶体形貌较好。通过对孔洞结构的光子晶体进行透光率的测量,发现入射波长为1180nm及附近的波段时,光子晶体表现出增透减反的效果,并随着入射光角度的变化,光子晶体增透减反的比例以及波长范围呈现不同变化。论文最后还对正入射时的增透减反效果用有效折射率的理论进行了说明。
【作者】陈辰；
【导师】吴正云；
【作者基本信息】厦门大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】激光干涉光刻法；抗反射膜；光子晶体；

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