CN102820311A - 一种制作偏振敏感光电探测器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种制作偏振敏感光电探测器的方法属于微纳米制造技术领域，特别涉及一种基于纳米压印技术制作偏振敏感光电探测器的方法。为实现光电探测器具有偏振检测的功能，利用纳米压印工艺在光电探测器上制作双层纳米金属光栅偏振器，其步骤如下：清洗光电探测器，使其表面无颗粒等污染；在光电探测器上旋涂压印胶，应用纳米压印制作纳米光栅；热蒸镀金属，在光栅之上及光栅之间沉积一层金属；旋涂光刻胶，曝光显影，利用显影液去除光电探测器引线电极上的光刻胶及热蒸镀的金属；以剩余光刻胶为掩膜，干法刻蚀去除引线电极上的压印胶。本发明消除了分立器件带来的安装误差，利用纳米压印工艺实现单片或小批量的生产。成本低，加工效率高。
Description
技术领域
本发明属于微纳米制造技术领域，特别涉及一种基于纳米压印技术制作偏振敏感光电探测器的方法。
背景技术
偏振是光很重要的一种性质，日光经过大气散射后变成部分偏振光。自然界中有很多生物能够感知偏振光在天空中的强度、方向和分布模式，并能用其来实现导航定位。现有人已证明了在特定的地点特定的时间时天空偏振光是稳定的，其偏振方位角可以通过瑞利散射的方法计算出来以及利用偏振光制作导航传感器的可行性。目前已经有很多学者搭建了偏振导航传感器，并取得了一些成果：如大连理工大学褚金奎等人的“Construction and performance test of a novel polarization sensor for navigation”搭建了一套偏振导航传感器，并将其用在机器人上，实现了±0.2°的导航精度。以上所搭建的系统都是应用的分立器件,存在装配误差,其中偏振片与光电转化器件的的安装误差会直接影响导航精度。使用分立器件还会增加系统的体积和重量，在航空航天领域应用受到限制。
若光电探测器能够具有偏振的功能，可以极大的减小导航传感器的体积和重量，并可消除因偏振器与光电探测器安装而引起的误差。日本奈良先端科学技术大学院大学的Sanshiro Shishido等（Polarization Analyzing Image Sensor with On-Chip Metal Wire Grid Polarizer in 65-nm Standard Complementary Metal Oxide Semiconductor Process）利用65nm CMOS工艺在CMOS图像传感器上制作了单层光栅偏振器，但是此种工艺工艺步骤较多，基于标准的CMOS工艺限制也较多，虽适合大批量生产，却不适合在初期研究。美国华盛顿大学的Viktor Gruev等（CCD polarization imaging sensor with aluminum nanowire optical filters）采用四次干涉曝光的工艺在CCD图像传感器上制作不同方向的光栅，来实现偏振敏感的功能，此种工艺更为繁琐，成本较高，不适合大批量生产。纳米压印技术是一种全新的纳米图形制作方法，具有超高分辨率、加工效率高、成本低等优点，既可以在研究初期较快捷、经济的做单个或小批量的器件，也可以在技术成熟的时候大批量、低成本的制作所需的器件结构。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述分立器件及制作具有偏振作用的光电探测器工艺的缺点，基于纳米压印技术在光电探测器上制作双层金属偏振器。发明了一种制作偏振敏感光电探测器的方法。消除了因分立器件带来的安装误差，既适合大批量生产，也适合初期的科研研究，加工效率高，成本低。
本发明的技术方案是一种制作偏振敏感光电探测器的方法，其特征是，为了实现光电探测器具有偏振检测的功能，利用纳米压印工艺在光电探测器上制作双层纳米金属光栅偏振器，其步骤如下：
1) 清洗光电探测器1和引线电极2，使其表面无颗粒等污染；
2) 在光电探测器1和引线电极2上旋涂压印胶3；
3) 将纳米压印模板4下压，用纳米压印的方法压印出一维纳米光栅结构的压印胶图形5，其压印压力为30bar,压印温度在65°C，压印时间180s，随后紫外光曝光60s；一维纳米光栅由纳米压印模板结构决定，为单方向的一维光栅或多方向的纳米光栅阵列；
4) 脱模，即脱去纳米压印模板4，得到含有残留层6的一维纳米光栅结构的压印胶图形5，
5) 热蒸镀金属，在纳米光栅之上及纳米光栅之间蒸镀一层金属层7；纳米光栅和金属层（7）形成的结构即为双层金属光栅结构；
6) 旋涂光刻胶8，曝光显影，利用显影液去除光电探测器引线电极2上的光刻胶及胶曝光区域的光刻胶9及热蒸镀的金属层7；
7) 以剩余光刻胶10为掩膜，干法刻蚀去除引线电极上的压印胶3；
8) 用湿法腐蚀工艺去除剩余光刻胶10，得到光电探测器上的光栅偏振器结构11。
所述步骤中的光电探测器1是以PN结为基础的光电二极管、CMOS图像传感器或CCD图像传感器；所述步骤中的压印胶为热固化压印胶、光固化压印胶或热塑性光固化压印胶；所述步骤5）和6）中的金属层7包括金、银、铜、铝、铬；所述步骤6）中的光刻胶8为各类正性光刻胶或各类负性光刻胶。
本发明的效果和好处是克服了原有制作偏振敏感光电探测器中存在缺点，使用纳米压印工艺在光电探测器上制作双层纳米金属光栅结构，加工出具有偏振功能的光电探测器。消除了分立器件带来的安装误差。该方法具有制作成本低，效率高、分辨率高的优点，可大批量生产亦可单个或小批量生产。
附图说明
图1为光电探测器示意图，图2为纳米压印工艺示意图，图3为脱模工艺示意图，图4为热蒸镀金属工艺示意图，图5为旋涂光刻胶工艺示意图，图6为光学曝光工艺示意图，图7为显影工艺示意图，图8为干法刻蚀工艺示意图，图9为腐蚀光刻胶工艺示意图。
上述图中：1-光电探测器，2-引线电极，3-压印胶，4-纳米压印模板，5-一维纳米光栅结构的压印胶图形，6-残留层，7-金属层，8-光刻胶，9-曝光区域的光刻胶，10-剩余光刻胶，11-光电探测器上的光栅偏振器结构。
图10为最终在光电探测器上制作的光栅偏振器结构的SEM照片。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
如附图1所示，先准备好光电探测器1和其上的引线电极2，经过清洗使表面无颗粒等污染。如附图2所示，在光电探测器1和引线电极2上旋涂90nm的压印胶3，此处压印胶3采用的是瑞典Obducat公司提供的TU2-90压印胶。将纳米压印模板4下压，用纳米压印的方法压印出一维纳米光栅结构的压印胶图形5，其压印压力为30bar,压印温度在65°C，压印时间180s，随后紫外光曝光60s。一维纳米光栅由纳米压印模板结构决定，为单方向的一维光栅或多方向的纳米光栅阵列。
如附图3所示，脱模，即脱去纳米压印模板（4），得到含有残留层6的一维纳米光栅结构的压印胶图形5，纳米光栅周期为200nm，高度180nm，线宽80nm。如附图4所示，再采用热蒸镀工艺蒸镀一层70nm金属层7，此处金属层7为铝金属，也可蒸镀金、银、铜或铬。纳米光栅和金属层（7）形成的结构即为双层金属光栅结构。
如附图5所示，再旋涂2μm的BP212光刻胶8，旋涂的光刻胶8也可为其他各类正性光刻胶或各类负性光刻胶。
如附图6所示，采用光刻机曝光，曝光区域要包括引线电极2，以便之后露出引线电极，通过引线电极2将光电探测器1的信号传给其他器件。如附图7所示，用显影液将曝光区域的光刻胶9去除掉，将显影时间适当延长，可以将引线电极2上的金属腐蚀掉。如附图8所示，以光刻胶为掩膜干法刻蚀引线电极2上的压印胶3.如附图9所示，采用湿法腐蚀工艺去除剩余光刻胶10，得到光电探测器上的光栅偏振器结构11。如附图10所示，为最终在光电探测器上制作的光栅偏振器结构的SEM照片，完成了在光电探测器上制作纳米光栅偏振器。
若光电探测器1上表面没有引线电极2结构，则工艺步骤到热蒸镀工艺蒸镀一层金属层7结束。
此发明利用纳米压印工艺在光电探测器上制作了双层纳米金属光栅结构，实现了光电探测器具有偏振检测的功能。消除了分立器件带来的安装误差，利用纳米压印工艺可以实现单片或小批量的研究，也可以在技术成熟后实现大批量的生产。成本低，加工效率高。
Claims (2)
1.一种制作偏振敏感光电探测器的方法，其特征是，为实现光电探测器具有偏振检测的功能，利用纳米压印工艺在光电探测器上制作双层纳米金属光栅偏振器，其步骤如下：
1) 清洗光电探测器（1）和引线电极（2），使其表面无颗粒污染；
2) 在光电探测器（1）和引线电极（2）上旋涂压印胶（3）；
3) 将纳米压印模板（4）下压，用纳米压印的方法压印出一维纳米光栅结构的压印胶图形（5），其压印压力为30bar,压印温度在65°C，压印时间180s，随后紫外光曝光60s；一维纳米光栅由纳米压印模板结构决定，为单方向的一维光栅或多方向的纳米光栅阵列；
4) 脱模，得到含有残留层（6）的一维纳米光栅结构的压印胶图形（5）；
5) 热蒸镀金属，在纳米光栅之上及纳米光栅之间蒸镀一层金属层（7），纳米光栅和一层金属（7）形成的结构即为双层金属光栅结构；
6) 旋涂光刻胶（8），曝光显影，利用显影液去除光电探测器引线电极（2）上的光刻胶及胶曝光区域的光刻胶（9）及热蒸镀的金属层（7）；
7) 以剩余光刻胶（10）为掩膜，干法刻蚀去除引线电极上的压印胶（3）；
8) 用湿法腐蚀工艺去除剩余光刻胶（10），得到光电探测器上的光栅偏振器结构（11）。
2.如权利要求1中所述的一种制作偏振敏感光电探测器的方法，其特征在于，所述步骤中的光电探测器（1）是以PN结为基础的光电二极管、CMOS图像传感器或CCD图像传感器；所述步骤中的压印胶为热固化压印胶、光固化压印胶或热塑性光固化压印胶；所述步骤5）和6）中的金属（7）包括金、银、铜、铝、铬；所述步骤6）中的光刻胶（8）为各类正性光刻胶或各类负性光刻胶。
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