完美吸收体的制造方法与流程

本发明属于电磁波吸收结构技术领域，特别涉及一种完美吸收体的制造方法。

背景技术：

基于人工合成材料的一种电磁波吸收结构，它的电磁波参数和周围环境的电磁参数可实现阻抗匹配，在特定波段下的吸收率为100％，因此人们称这种电磁波吸收结构为完美吸收体。

现有完美吸收体一般采用电子束直写(ebl)生成周期性结构，具体是先生成与吸收体最上层金属阵列互补的周期性阵列，再通过薄膜沉积和剥离(lift-off)形成金属阵列。如，在制造完美吸收体时，需要生成金属圆柱，则对ebl光刻胶进行圆孔曝光和显影生成与金属圆柱同尺寸的圆孔，再通过蒸镀往圆孔中沉积金属，并进行lift-off，最后去除胶液和胶，最终生成完美吸收体的结构。这种方法会存在剥离困难和剥离后金属图形失真的问题，比如要沉积100nm的金属，需要至少3至4倍厚度的ebl光刻胶才能实现剥离，并且由于沉积薄膜时的不均匀性和方向性差，就会造成剥离困难以及剥离后金属图形失真，具体失真过程可如图1经过处理后得到的图2～5所示的结构。其中，图1为基材层1表面向外依次层叠第一金属层2、介质层3、光刻胶5。在图1的结构基础上，蒸镀第二金属层4，如果第二金属层4的金属熔点较高，则可能形成如图2所示的第二金属层4表面失真，具体如图2所示；为避免第二金属层4的金属温度过高而可能使得表面失真过于严重，缩短蒸镀时间，则第二金属层4的厚度偏薄，无法满足完美吸收体的工艺要求，具体如图3所示；当第二金属层4的金属温度不是特别高，不至于熔化光刻胶时，第二金属层4会完全覆盖光刻胶层5，导致光刻胶无法剥离，具体如图4所示；当第二金属层4的金属熔点较高，蒸镀时间达到要求时，光刻胶层5不仅会坍缩成丘陵状，而且同样无法剥离，具体如图5所示。

此外，当完美吸收体的金属材料为钨时，由于钨的熔点在金属中最高，蒸镀过程中，薄膜的温度极高，高温破坏了ebl光刻胶已经生成的图形，而利用溅射的方式沉积出的薄膜又不适用于剥离工艺。因此，有必要提出一种新的完美吸收体的制造方法。

技术实现要素：

针对目前完美吸收体制造过程中出现的剥离困难以及金属图形失真且采用钨作为金属存在的熔点过高而破坏电子束直写光刻胶图形等问题，本发明提供一种完美吸收体的制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种完美吸收体的制造方法，至少包括以下步骤：

1)自洁净的基材一表面向外，依次进行第一金属层、介质层及第二金属层的沉积处理；

2)在所述第二金属层表面进行电子束光刻胶的旋涂处理；

3)对旋涂的所述电子束光刻胶进行热固化处理；

4)对所述热固化后的电子束光刻胶进行曝光、显影处理，获得具有未经过曝光的电子束光刻胶区域；

5)对进行曝光、显影处理后的所述电子束光刻胶区域进行干法刻蚀处理，使得第二金属层断裂形成若干周期性四方阵排布结构，并去除所述未经曝光的电子束光刻胶，得到完美吸收体。

本发明提供的完美吸收体的制造方法，由于没有采用电子束直写技术，避免电子束直写技术图形化后沉积薄膜对光刻胶的破坏，杜绝剥离后金属阵列的图形失真现象，为完美吸收体的制造提供了一种新的方法。

附图说明

图1为常规制造方法制造的未蒸镀金属层的完美吸收体结构半成品；

图2为常规制造方法制造的完美吸收体结构；

图3为常规制造方法制造的另一完美吸收体结构；

图4为常规制造方法制造的又一完美吸收体结构；

图5为常规制造方法制造的再一完美吸收体结构；完美吸收体

图6为本发明实施例完美吸收体的制造方法流程图；

图7为本发明实施例完美吸收体的制造方法的第一步制作示意图；

图8为本发明实施例完美吸收体的制造方法的第二步制作示意图；

图9为本发明实施例完美吸收体的制造方法的第三步制作示意图；

图10为本发明实施例完美吸收体的制造方法的第四步制作示意图；

图11为本发明实施例完美吸收体的制造方法的第七步制作示意图；

图12为本发明实施例完美吸收体的制造方法制造的完美吸收体成型图；

图13为本发明实施例完美吸收体的制造方法制造的完美吸收体俯视图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图6、7～12所示，本发明实施例提供一种完美吸收体的制造方法。该完美吸收体的制造方法，至少包括以下步骤：

1)自洁净的基材1一表面向外，依次进行第一金属层2、介质层3及第二金属层4的沉积处理，如图7、8、9所示；

2)在所述第二金属层4表面进行电子束光刻胶5的旋涂处理，如图10所示；

3)对旋涂的所述电子束光刻胶5进行热固化处理；

4)对所述热固化后的电子束光刻胶5进行曝光、显影处理，获得具有未经过曝光的电子束光刻胶区域；

5)对进行曝光、显影处理后的所述电子束光刻胶5区域进行干法刻蚀处理，使得第二金属层4断裂形成若干周期性四方阵排布结构，如图11所示；并去除所述未经曝光的电子束光刻胶5，得到完美吸收体，如图12所示。

其中，在任一实施例中，基材1为石英、硅片、镍、铜、钨中的任一种，所述基材1起提供生长薄膜的空间的作。

在基材1表面进行沉积处理前，需要对基材1进行清洗处理，确保基材1表面洁净，避免表面附着有杂质而可完美吸收体性能产生不利影响。

优选地，第一金属层2所使用的金属为钨，第二金属层4所使用的金属也为钨。由于钨的熔点在所有金属中最高，当将钨用于完美吸收体的制造时，如果采用其他制造方法，则钨在蒸镀过程中，会熔化电子束光刻胶，使得电子束光刻胶形成的图形被破坏，导致不容易剥离电子束光刻胶，而且剥离后金属钨的图形发生失真，会使完美吸收体吸收效率降低。而且当采用其他金属时，其他金属的熔点由于没有钨金属的高，因此，制造的完美吸收体的效果不如采用钨金属制造的完美吸收体。

进一步优选地，所述第一金属层2的厚度为厚度不低于200nm，主要作用是降使透过率为零，200nm是保证透过率几乎为零的最小厚度，所述第二金属层4的厚度为100～140nm，可使降低反射的作用比较明显，但是低于或是高于这个区间会明显增强表面反射率，不利于吸收。

进一步优选地，所述第一金属层2厚度为200～300nm。

优选地，第一金属层2的沉积处理采用磁控溅射，所述磁控溅射功率为300～400w，沉积时间为15～25min；第二金属层4的沉积处理采用磁控溅射，所述磁控溅射功率为300～400w，沉积时间为6～10min。

优选地，介质层3的材料为二氧化硅、氮化硅、mgf2、al2o3中的任一种。介质层3是产生磁共振的前提。优选厚度为60～80nm，该厚度下可以使得其上和其下金属层中的自由电子产生相互作用，也就是互相耦合，低于或者高于这个厚度区间会使作用太强或太弱，不能产生谐振峰。

优选地，所述介质层3的沉积处理采用电子束蒸镀，蒸镀速率为3～5埃/秒，速率可使薄膜厚度比较均匀，表面粗糙度较低。

优选地，电子束光刻胶5为正性胶，正性胶在使用时，曝光区间显影，可以获得孤立的孔洞，分辨率高而且不污染环境。

更为优选地，所述正性胶为zep520a，抗干法刻蚀的性能较好。

优选地，旋涂的所述电子束光刻胶5的厚度为200～250nm。

优选地，所述热固化温度为180～200℃，所述热固化时间为1.5～4.5分钟。

优选地，对所述热固化后的光刻胶进行曝光、显影处理时，采用光刻机设备，光刻机采用nanobeam公司nb5型号光刻机。光刻机设备可以设定相应的程序，曝光、显影的图形按照程序的设定进行。在本发明实施例中，可以形成未曝光的圆形区域和曝光的其他区域。

优选地，所述干法刻蚀的刻蚀时间130～140s，气压15～20mtorr，气体o215～25sccm，sf690～100sccm，源功率50～100w，偏置功率20～50w。

更进一步优选地，上述完美吸收体的第二金属层4为呈周期性四方阵列排布的若干圆柱体，所述圆柱周期为500～600nm，所述圆柱体的直径为250～350nm，排成圆柱体的结构，当然第二金属层4也可以呈棱台或者正方体结构。只是在所有结构中，圆柱体加工便利，而且可以在第二金属层4和空气之间激发表面等离子体共振，相邻单元间又可以产生耦合磁共振。

在最优选的方案中，圆柱体的直径为300nm，阵列中圆柱体周期为500nm。

本发明上述实施例提供的完美吸收体的制造方法，由于没有采用电子束直写技术，避免电子束直写技术图形化后沉积薄膜对光刻胶的破坏，杜绝剥离后金属阵列的图形失真现象，为完美吸收体的制造提供了一种新的方法。

为了更好的说明本发明实施例提供的完美吸收体的制造方法，下面通过多个实施例进一步解释说明。

实施例1

一种完美吸收体的制造方法，包括以下步骤：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干净，并烘干石英，待用；

2)采用磁控溅射的方法，在上述洁净的石英一表面，以300w功率沉积250nm的第一钨薄膜(也就是第一金属层)，沉积时间20分钟，如图7所示；

3)采用电子束蒸镀的方法，在第一钨薄膜表面，以3埃/秒的速率沉积60nm的二氧化硅介质层，如图8所示；

4)采用磁控溅射的方法，在上述二氧化硅介质层表面，以300w功率沉积100nm的第二钨薄膜(也就是第二金属层)，沉积时间8分钟，如图9所示；

5)在上述第二钨薄膜表面旋涂zep520a(电子束光刻胶)，zep520a的旋涂厚度为220nm，如图10所示，然后进行热固化，热固化温度为180℃，热固化时间为3分钟；

6)采用光刻机对zep520a表面进行曝光、显影处理，使得zep520a表面出现未被曝光显影的圆形区域和被曝光显影处理的其他区域；

7)采用干法刻蚀方式，对曝光以后的zep520a为掩膜进行干法刻蚀处理，刻蚀第二钨薄膜，使第二钨薄膜形成圆柱型结构，然后去除zep520a，得到完美吸收体，如图11、12所示。

实施例2

一种完美吸收体的制造方法，包括以下步骤：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干净，并烘干石英，待用；

2)采用磁控溅射的方法，在上述洁净的石英一表面，以350w功率沉积200nm的第一钨薄膜(也就是第一金属层)，沉积时间15分钟；

3)采用电子束蒸镀的方法，在第一钨薄膜表面，以3埃/秒的速率沉积70nm的二氧化硅介质层；

4)采用磁控溅射的方法，在上述二氧化硅介质层表面，以350w功率沉积120nm的第二钨薄膜(也就是第二金属层)，沉积时间10分钟；

5)在上述第二钨薄膜表面旋涂zep520a(电子束光刻胶)，zep520a的旋涂厚度为220nm，如图10所示，然后进行热固化，热固化温度为2000℃，热固化时间为3分钟；

6)采用光刻机对zep520a表面进行曝光、显影处理，使得zep520a表面出现未被曝光显影的圆形区域和被曝光显影处理的其他区域；

7)采用干法刻蚀方式，对曝光以后的zep520a为掩膜进行干法刻蚀处理，刻蚀第二钨薄膜，使第二钨薄膜形成圆柱型结构，然后去除zep520a，得到完美吸收体，如图11、12所示。

实施例3

一种完美吸收体的制造方法，包括以下步骤：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干净，并烘干石英，待用；

2)采用磁控溅射的方法，在上述洁净的石英一表面，以400w功率沉积300nm的第一钨薄膜(也就是第一金属层)，沉积时间25分钟；

3)采用电子束蒸镀的方法，在第一钨薄膜表面，以3埃/秒的速率沉积50nm的二氧化硅介质层；

4)采用磁控溅射的方法，在上述二氧化硅介质层表面，以400w功率沉积80nm的第二钨薄膜(也就是第二金属层)，沉积时间10分钟；

5)在上述第二钨薄膜表面旋涂zep520a(电子束光刻胶)，zep520a的旋涂厚度为200nm，如图10所示，然后进行热固化，热固化温度为180℃，热固化时间为4分钟；

6)采用光刻机对zep520a表面进行曝光、显影处理，使得zep520a表面出现未被曝光显影的圆形区域和被曝光显影处理的其他区域；

7)采用干法刻蚀方式，对曝光以后的zep520a为掩膜进行干法刻蚀处理，刻蚀第二钨薄膜，使第二钨薄膜形成圆柱型结构，然后去除zep520a，得到完美吸收体，如图11、12所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。