三維納米結(jié)構(gòu)由于具有更高的集成度和優(yōu)異的力學與物理性能,在過去十幾年中引起了研究者們極大的興趣�；谌S納米結(jié)構(gòu)的各種器件可以實現(xiàn)平面納米器件無法獲得的卓越功能,使得其在集成電路、納機電系統(tǒng)、生物仿生、納米光學等諸多領(lǐng)域中有著廣泛應用。為了可控地獲得三維納米結(jié)構(gòu),國內(nèi)外的研究者們開展了許多三維納米加工技術(shù)研究并取得了系列成果。然而,這些三維納米加工方法在高分辨、高深寬比、材料均一性和制備靈活性等方面仍然存在一定的挑戰(zhàn)。本論文從三維納米光學結(jié)構(gòu)的制備需求出發(fā),利用電子束曝光技術(shù)高分辨和良好加工靈活性的優(yōu)勢,開發(fā)新型三維納米結(jié)構(gòu)加工方法,并展示了所得三維納米結(jié)構(gòu)在光學領(lǐng)域中的應用。本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)開發(fā)出了一種可靠加工高分辨、高深寬比三維硅納米結(jié)構(gòu)的高保真圖形轉(zhuǎn)移技術(shù),并展示了硅納米管這一特殊結(jié)構(gòu)的優(yōu)異光學抗反特性。我們首先使用電子束曝光技術(shù)定義出高分辨的HSQ膠圖形,再以HSQ膠圖形結(jié)構(gòu)作為硬掩模對其底部硅襯底進行反應離子刻蝕。我們對所采用的特殊低溫混合氣體刻蝕工藝進行了深入的機理分析,并系統(tǒng)研究了樣品臺基板功率源和刻蝕氣體配比這兩個關(guān)鍵刻蝕參數(shù)對刻蝕結(jié)果的影響。利用...

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 三維納米結(jié)構(gòu)的應用需求
        1.1.1 集成電路
        1.1.2 納機電系統(tǒng)
        1.1.3 仿生科技
        1.1.4 納米光學
    1.2 三維納米結(jié)構(gòu)的加工方法
        1.2.1 基于現(xiàn)有自上而下納米加工技術(shù)的改進型方法
        1.2.2 全新概念納米加工方法
        1.2.3 自上而下與自下而上相結(jié)合的加工方法
    1.3 加工三維納米結(jié)構(gòu)面臨的挑戰(zhàn)
    1.4 本文的研究內(nèi)容
第2章 研究方法
    2.1 電子束曝光
        2.1.1 概述
        2.1.2 電子束曝光系統(tǒng)
        2.1.3 電子束抗蝕劑
    2.2 電感耦合等離子體反應離子刻蝕
        2.2.1 基本原理及優(yōu)勢
        2.2.2 高深寬比結(jié)構(gòu)的刻蝕
        2.2.3 低溫SF₆/O₂工藝
    2.3 電子束蒸發(fā)
    2.4 微區(qū)反射光譜測試
        2.4.1 微區(qū)反射光譜測試系統(tǒng)
        2.4.2 基本操作流程
        2.4.3 實際反射光譜計算公式
    2.5 單粒子暗場散射光譜測試
        2.5.1 單粒子暗場散射光譜測試系統(tǒng)
        2.5.2 基本操作流程
        2.5.3 實際散射光譜計算公式
    2.6 時域有限差分數(shù)值模擬
        2.6.1 Yee氏網(wǎng)格劃分體系
        2.6.2 麥克斯韋方程組
        2.6.3 麥克斯韋旋度方程的有限差分表示
第3章 高保真圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)加工三維硅納米結(jié)構(gòu)
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 基本工藝流程
        3.2.2 電子束曝光
        3.2.3 低溫電感耦合等離子體反應離子刻蝕
        3.2.4 樣品形貌表征及光學測量
    3.3 實驗結(jié)果與討論
        3.3.1 極小尺寸電子束加工
        3.3.2 低溫ICP-RIE各參數(shù)及其優(yōu)化
        3.3.3 加工靈活性展示
        3.3.4 刻蝕結(jié)果對深寬比的依賴性
        3.3.5 高深寬比硅納米管的抗反性能
    3.4 本章總結(jié)
第4章 橢圓單晶硅納米柱的偏振依賴散射行為研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 樣品的制備
        4.2.2 散射光譜的測量
        4.2.3 FDTD模擬仿真
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 樣品制備結(jié)果
        4.3.2 單個橢圓硅納米柱的偏振依賴散射行為
        4.3.3 FDTD模擬仿真
        4.3.4 模式分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 犧牲層工藝直接制備三維氧化硅納米結(jié)構(gòu)
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 加工概念
        5.2.2 電子束曝光
        5.2.3 PMMA層的去除釋放
        5.2.4 結(jié)構(gòu)形貌表征
    5.3 實驗結(jié)果和討論
        5.3.1 不同釋放工藝對比
        5.3.2 干法釋放工藝加工能力
        5.3.3 工藝靈活性展示
        5.3.4 懸空氧化硅結(jié)構(gòu)機械穩(wěn)定性展示
    5.4 本章小結(jié)
第6章 基于懸空三維氧化硅納米結(jié)構(gòu)的比色傳感器
    6.1 引言
    6.2 比色傳感器的結(jié)構(gòu)設計與實現(xiàn)
        6.2.1 結(jié)構(gòu)設計
        6.2.2 樣品制備及表征
        6.2.3 FDTD模擬計算
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 介電層SiO_x的厚度對濾色器的影響
        6.3.2 基于低階反射峰的比色傳感
        6.3.3 基于高階反射峰的比色傳感
        6.3.4 基于氧化硅實心柱的F-P腔結(jié)構(gòu)在不同折射率環(huán)境下的光學響應
        6.3.5 初步實驗驗證
    6.4 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
參考文獻
致謝
附錄 攻讀學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文



本文編號：3896979