专利名称：基于半导体的超材料制备方法和基于半导体的超材料的制作方法
基于半导体的超材料制备方法和基于半导体的超材料
技术领域：
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种基于半导体的超材料制备方法和基于半导体的超材料。
背景技术：
随着雷达探测、卫星通讯、航空航天等高新技术的快速发展，以及抗电磁干扰、隐形技术、微波暗室等研究领域的兴起，微波吸收材料的研究越来越受到人们的重视。由于超材料能够出现非常奇妙的电磁效应，可用于吸波材料和隐形材料等领域，成为吸波材料领域研究的热点。超材料的性质和功能主要来自于其内部的结构，如何制备具有周期性排列的三维精细结构成为超材料制备技术的关键。CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物)工艺是当今半导体工艺中能实现可控的最小尺寸的工艺，现在32nm的工艺逐渐成熟,更小尺寸的工艺正在开发。因此，有效的利用CMOS工艺中的尺寸控制手段，能够制造极小尺寸的微结构，利用不同性质的材料的特殊微结构便能制造出用于特殊性质的超材料。半导体是CMOS工艺中使用很广泛的一种材料，但是现有技术中还没有基于半导体的超材料制备技术。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种基于半导体的超材料制备方法和基于半导体的超材料，能够得到电磁参数可控性能更高、也更符合设计要求的超材料。为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了一种基于半导体的超材料制备方法，该方法包括在衬底上形成半导体层；在所述半导体层上涂覆一层光刻胶；以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对所述光刻胶进行光刻；根据预设电磁参数，在半导体层中掺入杂质；去除涂覆在所述半导体层上的光刻胶，获得超材料。本发明另一实施例还提供了一种采用上述技术方案制备的基于半导体的超材料。上述技术方案通过在衬底上形成半导体层，以具有微结构的光刻胶作为掩膜在半导体层中掺杂，由于在半导体中掺杂可改变超材料的电磁参数，因此根据预设的电磁参数在半导体层中掺入杂质，可获得所需的超材料，可控性高。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图I是本发明实施例一提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图；图2是本发明实施例二提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图；图3是本发明实施例三提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图；图4是本发明实施例四提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图；图5是本发明实施例五提供的一种基于半导体的超材料结构示意图；图6是本发明实施例六提供的一种基于半导体的超材料结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一、参见图I，是本发明实施一提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图，该制备方法包括如下步骤Sll :在衬底上形成半导体层。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得；半导体层可以为硅(Si)层、锗(ge)层、或者砷化镓(gaas)层等。S12 :在半导体层上涂覆一层光刻胶。其中，在半导体层上涂覆的光刻胶可以为正性光刻胶或者负性光刻胶。S13 以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对光刻胶进行光刻。例如，以具有“工”字型阵列的模版作为掩膜板，对光刻胶进行光刻，最终在光刻胶上形成“工”字型阵列的图形。S14 :根据预设电磁参数，在半导体层中掺入杂质。具体的，以具有微结构的光刻胶作为掩膜，采用CMOS扩散工艺在半导体中掺入P型或者N型杂质。S15 :去除涂覆在半导体层上的光刻胶，获得超材料。在具体的实施过程中，正性光刻胶可采用丙酮清洗，负性光刻胶用相应的清洗液清洗。本实施例中，通过在衬底上形成半导体层，然后在半导体层上形成预设微结构阵列，以具有微结构阵列的光刻胶作为掩膜在半导体层中掺杂，由于在半导体中掺杂可改变超材料的电磁参数，因此根据预设的电磁参数在半导体层中掺入杂质，可获得所需的超材料，可控性高。实施例二、参见图2，为本发明实施例二提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图，该制备方法包括如下步骤S21 :在衬底上形成半导体层。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料
制得；半导体层可以为硅层、锗层、或者砷化镓层等。
S22 :在半导体层上涂覆一层光刻胶。其中，在半导体层上涂覆的光刻胶可以为正性光刻胶或者负性光刻胶。S23 以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对光刻胶进行光刻。例如，以具有“田”字型阵列的模版作为掩膜板，对光刻胶进行光刻，最终在光刻胶上形成“ ^ ”字型阵列的图形。S24 :将光刻胶上光刻后形成的图形转移到半导体层上。具体的，采用湿法蚀刻的方法，在半导体层上蚀刻出光刻胶上光刻后形成的图形；或者，采用干法刻蚀的方法，在半导体层上刻蚀出光刻胶上光刻后形成的图形。S25 :根据预设电磁参数，采用热扩散技术在半导体层中掺入杂质。
具体的，I)对于施主或者受主杂质原子由于施主或者受主杂质原子的半径一般都比较大，这些杂质原子要直接进入半导体晶格的间隙中去是很困难的，只有当半导体晶体中出现有晶格空位后，杂质原子才有可能进去占据这些空位，从而扩散到晶体中。为了让晶体中产生出大量的晶格空位，就必须对晶体加热，让晶体原子的热运动加剧，以使得某些原子获得足够高的能量而离开晶格位置，留下空位。2)对于重金属杂质原子重金属杂质的原子半径很小，即使在较低温度下也能够很容易地通过晶格间隙而扩散到半导体中去，所以扩散的温度一般较低。掺入杂质后，会改变半导体的电磁参数，在本发明实施例中，掺入杂质的浓度根据所需电磁参数进行设置。S26 :去除涂覆在半导体层上的光刻胶，获得超材料。在具体的实施过程中，正性光刻胶可采用丙酮清洗，负性光刻胶用相应的清洗液清洗。本实施例中，通过在衬底上形成半导体层，采用光刻的方式在半导体层上形成微结构，由于在半导体中掺杂可改变超材料的电磁参数，因此采用热扩散技术在半导体层中掺入杂质，可获得所需的超材料，可控性高。实施例三、参见图3，为本发明实施例三提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图，该制备方法包括如下步骤S31 :在衬底上形成半导体层。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料
制得；半导体层可以为硅层、锗层、或者砷化镓层等。S32 :在半导体层上涂覆一层光刻胶。其中，在半导体层上涂覆的光刻胶可以为正性光刻胶或者负性光刻胶。S33 以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对光刻胶进行光刻。例如，以具有“十”字型阵列的模版作为掩膜板，对光刻胶进行光刻，最终在光刻胶上形成“十”字型阵列的图形。S34 :将光刻胶上光刻后形成的图形转移到半导体层上。具体的，采用湿法蚀刻的方法，在半导体层上蚀刻出光刻胶上光刻后形成的图形；或者，采用干法刻蚀的方法，在半导体层上刻蚀出光刻胶上光刻后形成的图形。S35 :根据预设电磁参数，采用离子注入技术在所述半导体层中掺入杂质。
具体的，为了使施主或受主杂质原子能够进入到半导体晶体中去，需要将杂质原子电离成离子，并用强电场加速、让这些离子获得很高的动能，然后再直接轰击半导体晶体，从而注入到半导体晶体中。掺入杂质后，会改变半导体的电磁参数，在本发明实施例中，掺入杂质的浓度根据所需电磁参数进行设置。S36 :去除涂覆在半导体层上的光刻胶，获得超材料。在具体的实施过程中，正性光刻胶可采用丙酮清洗，负性光刻胶用相应的清洗液清洗。本实施例中，通过在衬底上形成半导体层，采用光刻的方式在半导体层上形成微结构，由于在半导体中掺杂可改变超材料的电磁参数，因此采用离子注入技术在半导体层中掺入杂质，可获得所需的超材料，可控性高。实施例四、参见图4，为本发明实施例四提供的一种基于半导体的超材料制备方法流程图，该 制备方法包括如下步骤S41 :在衬底上形成半导体层。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料
制得；半导体层可以为硅层、锗层、或者砷化镓层等。S42 :在半导体层上涂覆一层光刻胶。其中，在半导体层上涂覆的光刻胶可以为正性光刻胶或者负性光刻胶。S43 以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对光刻胶进行光刻。例如，以具有“十”字型阵列的模版作为掩膜板，对光刻胶进行光刻，最终在光刻胶上形成“十”字型阵列的图形。S44 :将光刻胶上光刻后形成的图形转移到半导体层上。具体的，采用湿法蚀刻的方法，在半导体层上蚀刻出光刻胶上光刻后形成的图形；或者，采用干法刻蚀的方法，在半导体层上刻蚀出光刻胶上光刻后形成的图形。S45 :根据预设电磁参数，采用离子注入技术在半导体层中掺入杂质。具体的，为了使施主或受主杂质原子能够进入到半导体晶体中去，需要将杂质原子电离成离子，并用强电场加速、让这些离子获得很高的动能，然后再直接轰击半导体晶体，从而注入到半导体晶体中。掺入杂质后，会改变半导体的电磁参数，在本发明实施例中，掺入杂质的浓度根据所需电磁参数进行设置。S46 :去除涂覆在半导体层上的光刻胶。在具体的实施过程中，正性光刻胶可采用丙酮清洗，负性光刻胶用相应的清洗液清洗。S47 :对掺入杂质的半导体层进行退火处理，获得超材料。具体的，施主或受主杂质原子要能够提供载流子，就必须处于替代半导体原子的位置上，这样才有多余的或者缺少的价电子以产生载流子。所以在半导体中，即使掺入了施主或受主杂质，但是如果这些杂质原子没有进入到替代位置，那么它们也将起不到提供载流子的作用。因此，还需要进行退火处理步骤升高温度，使杂质原子与晶格中的半导体原子键合，从而激活杂质原子，改变半导体的电磁参数，例如电导率。本实施例相对于实施例三，在半导体中掺杂后进行了退火处理，消除了半导体掺杂时产生的晶格缺陷，并且激活了掺入半导体的杂质原子，进一步改变半导体的电磁参数。上述实施例描述了基于半导体的超材料制备方法，本发明还包括采用上述实施方式制备的基于半导体的超材料。实施例五、参见图5，是本发明实施例五提供的一种基于半导体的超材料结构示意图，该超材料包括衬底51 ;以及位于衬底51上的半导体层52。其中，半导体层52包括掺杂部分53和未掺杂部分54 ;掺杂部分53具有导电性。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。 具体制备过程可参见实施例一，此处不再赘述。实施例六、参见图6，是本发明实施例六提供的一种基于半导体的超材料结构示意图，该超材料包括衬底61 ;以及位于衬底61上具有微结构阵列的半导体层62。其中，半导体层62包括掺杂部分63和未掺杂部分64 ;掺杂部分64具有导电性。其中，衬底为绝缘材料，可以由陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制得。具体制备过程可参见实施例二至实施例四，此处不再赘述。以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种基于半导体的超材料制备方法，其特征在于，所述方法包括 在衬底上形成半导体层； 在所述半导体层上涂覆ー层光刻胶； 以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对所述光刻胶进行光刻； 根据预设电磁參数，在半导体层中掺入杂质； 去除涂覆在所述半导体层上的光刻胶，获得超材料。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在衬底上形成半导体层，具体包括 在衬底上蒸镀ー层半导体；或者， 在衬底上用粘合剂压合一层半导体。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，根据预设电磁參数，在半导体层中掺入杂质之前，还包括 将光刻胶上光刻后形成的图形转移到所述半导体层上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将光刻胶上光刻后形成的图形转移到所述半导体层上，具体包括 采用湿法蚀刻的方法，在所述半导体层上蚀刻出光刻胶上光刻后形成的图形。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将光刻胶上光刻后形成的图形转移到所述半导体层上，具体包括 采用干法刻蚀的方法，在所述半导体层上刻蚀出光刻胶上光刻后形成的图形。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，根据预设电磁參数，在具有微结构的半导体层中掺入杂质，具体包括 根据预设电磁參数，采用热扩散技术在所述半导体层中掺入杂质。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，根据预设电磁參数，在具有微结构的半导体层中掺入杂质，具体包括 根据预设电磁參数，采用离子注入技术在所述半导体层中掺入杂质。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在干，所述去除涂覆在所述半导体层上的光刻胶之后，还包括 对掺入杂质的半导体层进行退火处理。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述衬底为绝缘材料；所述半导体层为硅层、锗层、或者神化镓层。
10.一种基于半导体的超材料，其特征在于，包括权利要求I至9任意一项所述的方法 制备的超材料。
全文摘要
本发明提供了一种基于半导体的超材料制备方法，该方法包括在衬底上形成半导体层；在所述半导体层上涂覆一层光刻胶；以具有预设微结构阵列的模板作为掩膜板对所述光刻胶进行光刻；根据预设电磁参数，在半导体层中掺入杂质；去除涂覆在所述半导体层上的光刻胶，获得超材料。本发明实施例还提供了一种基于半导体的超材料。以得到微结构可控性能更高、也更符合设计要求的超材料。
文档编号B82Y30/00GK102800971SQ201110145760
公开日2012年11月28日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者刘若鹏, 赵治亚, 缪锡根, 杨宗荣 申请人:深圳光启高等理工研究院, 深圳光启创新技术有限公司