一种干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法

本发明涉及纳米光子学领域，更具体地，涉及一种干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法。

背景技术：

1、入射电磁场与极性晶体中光学声子发生能量交换或耦合时形成的一种集体振荡模式，被称为声子极化激元。声子极化激元能够将自由空间的光限制在远小于入射光波长的尺度下，具有较强的光场局域作用。与金属表面等离激元相比，声子极化激元具有更高的光场局域能力、较低的光学损耗，在光学探测与传感、热辐射控制和超分辨光学成像等领域具有较好的应用前景。范德华材料是指具有层层堆叠结构的材料，其中，单个原子层中的各原子通过共价键键合在一起，且各个原子层之间由较弱的范德华力结合在一起。而范德华声子极化激元材料是指具有声子极化激元效应的范德华材料，比如六方氮化硼(h-bn)、正交相三氧化钼(α-moo3)和正交相五氧化二钒(α-v2o5)等等。

2、范德华声子极化激元材料在平行于其表面方向具有相互作用较强的分子键，在垂直于其表面方向依靠较弱的范德华力相互作用结合在一起，因此，其在平行和垂直于表面方向的声子振动模式和频率存在明显的差异。由于范德华声子极化激元材料在面内和面外方向的高度各向异性晶格振动，其在两个方向上表现出截然不同的光学特性。近年来，范德华声子极化激元材料中的声子极化激元效应被广泛研究与报道，这些材料中的声子极化激元具有较高的光场局域能力、较低的光学损耗和连续可调谐的特点，并且其响应光谱范围能从中远红外覆盖到太赫兹波段，对纳米尺度下研究光和物质的相互作用、光场调控和光场局域以及发展纳米光子器件具有重要的意义。

3、目前，范德华声子极化激元材料的制备方法包括物理气相沉积法、化学气相沉积法、机械剥离法、干法刻蚀等，其中，干法刻蚀是一种利用电离气体直接作用在材料表面发生物理、化学反应而进行刻蚀的工艺。通过干法刻蚀获得的范德华声子极化激元材料表面往往存在较多的颗粒和光刻胶残留，会影响范德华声子极化激元材料的声子极化激元的分布、传播，导致范德华声子极化激元材料中声子极化激元现象不明显甚至失效。

4、因此，开发一种在不损伤范德华声子极化激元材料的声子极化激元效应前提下，能够有效减少材料表面颗粒和去除残留的光刻胶的干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法是具有重要意义的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决在不损伤范德华声子极化激元材料的声子极化激元效应前提下，有效减少材料表面颗粒并且去除残留的光刻胶的问题，而提供一种干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供了一种干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法，所述清洗方法包括如下步骤：

4、s1.对通过干法刻蚀工艺获得的范德华声子极化激元材料进行等离子体清洗；

5、s2.对经过步骤s1处理的范德华声子极化激元材料进行超声波清洗；

6、步骤s1中，所述等离子体清洗使用的气体为氧气，所述等离子体清洗的功率为10-100w、时间为5-40min；

7、步骤s2中，所述超声波清洗使用的清洗介质含有丙酮，所述超声波清洗的功率为200-500w、时间为3-60s。

8、本发明干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法先等离子体清洗后超声波清洗的模式能够在不损伤材料声子极化激元效应的前提下，有效减少材料表面颗粒和去除残留的光刻胶。

9、具体地，本发明在进行等离子体清洗时，之所以选择氧气，是因为一方面，氧气等离子体中含有的大量活性粒子在轰击范德华声子极化激元材料时，可以通过撞击材料表面的颗粒来减小颗粒的尺寸或使颗粒从材料表面脱离；另一方面，氧气等离子体中的活性基团可以与残留在范德华声子极化激元材料表面的光刻胶反应生成二氧化碳和水等挥发性物质，从而起到清洁材料表面的作用。如果往等离子体清洗使用的气体氧气中掺入氩气的其他气体时，会增强等离子体对范德华声子极化激元材料表面颗粒和光刻胶的断键和清洗能力，加快清洗和活化效率，容易对范德华声子极化激元材料的晶体结构造成损伤，进而损伤材料的声子极化激元。

10、本发明在进行等离子体清洗时，之所需选择等离子体清洗的功率为10-100w、时间为5-40min，是因为等离子体清洗的功率过大或者时间过长会导致腔体和衬底的温度升高，从而使衬底上的范德华声子极化激元材料产生气泡，影响范德华声子极化激元材料的后续加工和测试；而等离子体清洗的功率过小或者时间过短，会导致无法有效减少材料表面颗粒和去除残留的光刻胶。

11、本发明在进行超声波清洗时，之所以选择含有丙酮的清洗介质，是因为含有丙酮的清洗介质有助于减少残留在范德华声子极化激元材料表面的颗粒和光刻胶；同时，含有丙酮的清洗介质通过配合超声波的空化作用对范德华声子极化激元材料表面上的颗粒和光刻胶进行剥离、冲击，能够进一步强化清洗效果，具有更好的清洗作用。

12、本发明在进行超声波清洗时，之所以选择超声波清洗的功率为200-500w、时间为3-60s，是因为当超声波清洗的功率过小时，空化气泡无法有效作用于范德华声子极化激元材料表面的颗粒和光刻胶上，起到清洁作用；而当超声波清洗的功率过大或时间过长时，容易使范德华声子极化激元材料破碎或者从衬底上脱落。

13、作为本发明所述干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法的优选实施方式，步骤s1中，所述等离子体清洗使用的气体流量为10-100sccm。

14、作为本发明所述干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法的优选实施方式，步骤s2中，所述超声波清洗使用的清洗介质为丙酮、丙酮与异丙醇混合溶液、丙酮与水混合溶液中的至少一种。

15、作为本发明所述干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法的优选实施方式，步骤s2中，所述超声波清洗的频率为28-40khz。

16、作为本发明所述干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法的优选实施方式，步骤s1中，所述范德华声子极化激元材料的面积≥0.09μm2、厚度≥2nm；所述范德华声子极化激元材料为范德华声子极化激元材料薄膜、范德华声子极化激元材料微纳结构、范德华声子极化激元材料光栅阵列中的至少一种，其中，所述范德华声子极化激元材料微纳结构的表面形状为三角形、四边形、五边形、六边形、七边形、八边形中的至少一种。

17、当范德华声子极化激元材料的面积过小(＜0.09μm2)或者厚度过薄(＜2nm)时，其在步骤s2的超声波清洗过程中可能容易从衬底上脱落或者破碎。

18、作为本发明所述干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法的优选实施方式，步骤s1中，所述范德华声子极化激元材料为六方氮化硼(h-bn)、正交相三氧化钼(α-moo3)和正交相五氧化二钒(α-v2o5)中的至少一种，更为优选地，所述范德华声子极化激元材料为正交相三氧化钼(α-moo3)。

19、本领域常用的干法刻蚀工艺均可用于本发明制备范德华声子极化激元材料，本发明在此提供两种干法刻蚀工艺，第一种干法刻蚀工艺，具体包括如下步骤：

20、a1.在本征范德华声子极化激元材料表面旋涂光刻胶，前烘，曝光，显影；

21、a2.采用反应离子束对经过步骤a1处理的本征范德华声子极化激元材料进行刻蚀，然后去胶，即得通过干法刻蚀工艺获得的范德华声子极化激元材料；

22、其中，步骤a1中，所述曝光为利用紫外光源和/或电子束进行曝光，具体地，所述紫外光源的波长为380-410nm、强度为400-11000mj/cm2，所述电子束的束流为1.5-10na；

23、步骤a2中，所述反应离子束使用的气体为六氟化硫、氧气、氩气、三氟甲烷和四氟化碳中的至少一种，具体地，反应离子束使用的气体为流量比为(2-6):(5-8):(10-20)的氧气、氩气、三氟甲烷；所述刻蚀的功率为15-100w；所述刻蚀的时间为1-30min；所述去胶是指用丙酮浸泡，可用丙酮浸泡5-120min。

24、第二种干法刻蚀工艺，具体包括如下步骤：

25、b1.在本征范德华声子极化激元材料表面旋涂光刻胶，前烘，利用紫外光源进行曝光，显影；

26、b2.采用反应离子束对经过步骤b1处理的本征范德华声子极化激元材料进行刻蚀，然后去胶，得到初步刻蚀后的范德华声子极化激元材料；

27、b3.对步骤b2初步刻蚀后的范德华声子极化激元材料进行等离子体清洗；

28、b4.对经过步骤b3处理的初步刻蚀后的范德华声子极化激元材料进行超声波清洗；

29、b5.在经过步骤b4处理的初步刻蚀后的范德华声子极化激元材料的表面旋涂光刻胶，前烘，利用电子束进行曝光，显影；

30、b6.采用反应离子束对经过步骤b5处理的初步刻蚀后的范德华声子极化激元材料进行刻蚀，然后去胶，即得通过干法刻蚀工艺获得的范德华声子极化激元材料；

31、其中：

32、步骤b1中，所述紫外光源的波长为380-410nm、强度为400-11000mj/cm2；

33、步骤b2和/或步骤b6中，所述反应离子束使用的气体为六氟化硫、氧气、氩气、三氟甲烷和四氟化碳中的至少一种，具体地，反应离子束使用的气体为流量比为(2-6):(5-8):(10-20)的氧气、氩气、三氟甲烷；所述刻蚀的功率为15-100w；所述刻蚀的时间为1-30min；所述去胶是指用丙酮浸泡，可用丙酮浸泡5-120min；

34、步骤b3中，所述等离子体清洗使用的气体为氧气，所述等离子体清洗的功率为10-100w、时间为5-40min；

35、步骤b4中，所述超声波清洗使用的清洗介质含有丙酮，所述超声波清洗的功率为200-500w、时间为3-60s；

36、步骤b5中，所述电子束的束流为1.5-10na。

37、在本发明中，本征范德华声子极化激元材料与范德华声子极化激元材料的化学成分相同，本征范德华声子极化激元材料也为六方氮化硼(h-bn)、正交相三氧化钼(α-moo3)和正交相五氧化二钒(α-v2o5)中的至少一种，更为优选地，所述本征范德华声子极化激元材料为正交相三氧化钼(α-moo3)，但是，本征范德华声子极化激元材料是指未经过干法刻蚀的范德华声子极化激元材料，而本发明干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法中，步骤s1所述范德华声子极化激元材料是指经过干法刻蚀的范德华声子极化激元材料。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

39、本发明干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法先等离子体清洗后超声波清洗的模式能够在不损伤材料声子极化激元效应的前提下，有效减少材料表面颗粒和去除残留的光刻胶。

40、通过本发明干法刻蚀工艺后范德华声子极化激元材料的清洗方法清洗后的范德华声子极化激元材料可应用于声子极化激元效应的研究。