CN102868013B - 一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，包括如下步骤：清洗基片；在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜；在所述聚酰亚胺膜上涂覆光刻胶LOR并烘干；在所述光刻胶LOR上涂覆光刻胶AZ1500并烘干；对光刻胶进行曝光；对曝光后的光刻胶进行显影和烘干；在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第一层金属；将蒸发第一层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离；在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第二层金属；将蒸发第二层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离；在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；去除基片：将基片和聚酰亚胺膜剥离。本发明实现频带的拓展。

Description

一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种太赫兹滤波器的制造方法，特别涉及一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法。

背景技术

太赫兹技术在通讯、国防以及生物等方面有重要的应用，要实现对太赫兹波实际有效应用，与之相关的太赫兹滤波器等功能器件至关重要。随着研究不断深入，近些年来陆续提出利用电磁超材料，光子晶体等结构实现太赫兹滤波器。

电磁超材料其电磁性能高度依赖单元的几何结构，人们只需要通过设计共振结构单元就可以灵活地控制电磁属性，在滤波器、吸波器等功能器件方面表现出巨大的应用。但是由于超材料的机理是基于强电磁共振的，因此谐振带宽很窄，只能应用于有限领域，无法大量解决军事和民用方面的需求。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，实现频带的拓展。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，包括如下步骤：

(1)清洗基片；

(2)在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜；

(3)在所述聚酰亚胺膜上涂覆光刻胶LOR并烘干；

(4)在所述光刻胶LOR上涂覆光刻胶AZ1500并烘干；

(5)对光刻胶进行曝光；

(6)对曝光后的光刻胶进行显影和烘干；

(7)在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第一层金属；

(8)将蒸发第一层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离去除剩下的光刻胶AZ1500与所述光刻胶AZ1500上的第一层金属，然后用显影液去除剩余的光刻胶LOR，最后进行清洗烘干；

(9)在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；

(10)重复步骤(3)至步骤(6)；

(11)在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第二层金属；

(12)将蒸发第二层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离去除剩下的光刻胶AZ1500与所述光刻胶AZ1500上的第二层金属，然后用显影液去除剩余的光刻胶LOR，最后进行清洗烘干；

(13)在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；

(14)去除基片：将基片和聚酰亚胺膜剥离。

进一步的，所述步骤(1)中，分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗基片。

进一步的，所述步骤(2)中，采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为10μm的聚酰亚胺膜。

进一步的，所述步骤(3)中的烘干温度为150℃，时间5分钟；所述步骤(4)中的烘干温度不超过90℃，时间10分钟。

进一步的，所述第一层金属和第二层金属均包括厚度为20nm的钛和厚度为200nm的金。

进一步的，所述步骤(9)中，采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为30μm的聚酰亚胺膜。

进一步的，所述步骤(13)中，采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为40μm的聚酰亚胺膜。

进一步的，所述步骤(14)中，用HF酸溶液浸泡涂覆聚酰亚胺膜的基片，然后取出所述基片，把聚酰亚胺膜从基片上剥离掉，在90℃的温度下固化10分钟左右。更进一步的，所述步骤(14)中，浸泡的时间约为15分钟。

进一步的，所述基片为硅基片。

有益效果：本发明相比用固定厚度薄膜而言，不存在固定薄膜易卷曲等特性，层与层之间对准的办法制作的样品像抛光过的半导体或者金属一样平整，甩光刻胶与光刻过程更易操作等优点。

附图说明

图1(a)为太赫兹宽通带滤波器的聚酰亚胺膜结构示意图；图1(b)为太赫兹宽通带滤波器的金属结构示意图；

图2为太赫兹宽通带滤波器的制作示意图；

图3为太赫兹宽通带滤波器显微镜照片；

图4为太赫兹宽通带滤波器的传输特性图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一、设计太赫兹宽通带滤波器

为设计太赫兹宽通带滤波器结构，研究了各种各样的多层超材料结构。但是他们很少考虑到集成化以及制作的难易程度等问题。基于这些，我们设计了一种简单的基于柔性基底polyimide(聚酰亚胺)的太赫兹宽通带滤波器结构，示意图如图1(a)和图1(b)所示，该滤波器的整体结构为polyimide-metal-polyimide—metal-polyimide，包括5层，polyimide主要做隔离层(dielectric)与柔性基底的作用，因此该结构可以简化为DMDMD。该金属结构主要有十字线结构与改进的方环组成。选择这种结构主要原因在于金属结构的形状比较简单，制作比较容易，并且由于该结构的对称性电场极化方向不敏感。

为确定该结构的具体参数，先用基于时域积分算法的电磁场软件CST进行大量模拟仿真，x与y方向分别设置为电边界与磁边界，电场方向沿着Z方向。最后根据传输特性确定最佳具体参数。图1(a)中聚酰亚胺的厚度分别为h₁＝40μm，h₂＝30μm，h₃＝10μm。金属结构参数如图1(b)所示：a₁＝a₂＝140μm，w＝15μm，L＝118μm，g＝14μm，k＝34μm，b₁=b₂＝10μm。

二、太赫兹宽通带滤波器加工制作

按照如图1(a)和图1(b)模拟的太赫兹宽通带滤波器结构参数进行实际制作，首先用L-edit软件将图1的结构画出掩膜板文件，再做成掩膜板。接着样品制作的具体步骤如图2所示：

对于该样品的实际制作，示意图如图(2)所示，过程如下：

(1)甩10μm厚聚酰亚胺膜

首先清洗硅基片(简称“硅片”)，硅片的大小为10mm×10mm，厚度为500μm，分别用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，时间各为3分钟，去除表面的有机污染物.使得基片抛光面洁净。

然后在清洗干净的硅片上甩粘度为3600(厘泊)聚酰亚胺溶液，转速为600/1500rpm，时间为6/20秒，进行固化5小时：即120℃1小时、200℃1小时、230℃1小时、250℃2小时，最后自然冷却至室温取出，即得到10μm厚聚酰亚胺薄膜。

(2)甩两层光刻胶

在聚酰亚胺薄膜上，甩两层光刻胶LOR与AZ1500，先甩下层光刻胶LOR，转速分别为600/8000rpm，时间为6/20秒，烘烤温度150℃，时间为5分钟。再甩上层光刻胶AZ1500，转速分别为600/6000rpm，时间为6/20秒，烘烤温度为90℃，时间为10分钟。两层胶的目的是为了更容易剥离。特别注意，甩完AZ1500以后，立马烘烤，温度一定不能超过90℃，否则引起光刻胶变性。烘烤的主要目的是将光刻胶中的溶剂蒸发。

(3)紫外曝光与显影

在光刻机上放置涂好光刻胶的基片和掩模板(MASK)并对准，将基片与MASK贴紧，用光刻机上的显微镜观察，并调整好曝光时间，曝光时间由光通量确定(设置光通量200lm/m2)，曝光完以后接着用正胶显影液进行显影，显影时间为25秒，然后进行后烘，烘烤温度为90℃，时间为10分钟。

(4)蒸第一层金属与剥离

用电子束在光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上面蒸20nm/200nm钛/金。将蒸金属的样品浸泡在丙酮溶液中进行剥离去除剩下的光刻胶AZ1500与与所述光刻胶AZ1500上的第一层金属，浸泡时间20分钟左右即可。然后超声振动20秒左右，接着用正胶显影液去除剩余的LOR光刻胶，然后用去离子水清洗，显影时间大约15秒左右，最后进行烘烤，温度为90℃，时间为10分钟。

经过步骤(2)(3)(4)，就可以得到第一层的金属结构。

(5)甩30μm聚酰亚胺薄膜

这次要进行甩3次粘度为3600(厘泊)聚酰亚胺溶液。三次的转速，时间与固化温度的方法如下：

第1次，转速为600/1500rpm，时间为6/20秒，进行固化2小时：即120℃1小时、200℃1小时.

第2次，把第一次固化2小时的聚酰亚胺接着进行甩聚酰亚胺溶液。转速为600/1500rpm，时间为6/20秒，进行固化2小时：即120℃1小时、200℃1小时.

第3次，把第二次固化2小时的聚酰亚胺接着进行甩聚酰亚胺溶液。转速为600/1500rpm，时间为6/20秒，进行固化6小时：即120℃1小时、200℃1小时，230℃2小时、250℃2小时。

经过上述甩3次粘度为3600(厘泊)聚酰亚胺溶液以及固化，就可以得到为30μm聚酰亚胺薄膜。

(6)制作第二层金属结构

方法同(2)(3)(4)，这一层加工比较难的是光刻，体现在对准方面，因为层与层间的厚度30μm，不易对准，该滤波器是用第一层金属结构与相应的掩膜板结构图形进行对准，另一种办法也可在掩膜版上做如十字线这样的对准结构。

(7)甩40μm聚酰亚胺薄膜，

甩4次粘度为3600(厘泊)聚酰亚胺溶液，甩膜的方法与固化温度前面已经介绍。

(8)硅基底剥离，

聚酰亚胺薄膜从硅基底上揭开的办法，把硅基底的聚酰亚胺薄膜浸泡在HF溶液中，时间大约为15分钟，然后取出，小心把聚酰亚胺膜从硅基底剥离掉，在90℃的温度下固化10分钟左右。

经过以上程序，就可以得到如图3所示太赫兹宽通带滤波器，整个宽带滤波器结构大小为10mm×10mm。该方法制作的宽通带滤波器相比用固定厚度薄膜而言，不存在固定薄膜易卷曲等特性，层与层之间对准的办法制作的样品像抛光过的半导体或者金属一样平整，甩光刻胶与光刻过程更易操作等优点。

三、太赫兹宽通带滤波器实验结果及讨论

图4为在正入射情况下，在室温干燥(湿度小于4％)的氮气环境下，用太赫兹时域光谱测量透射谱.以干燥的空气作为参考信号，经过傅里叶变换，传输特性如图4所示。从图4可知，3dB通带带宽从0.55THz到1.24THz，约为0.69THz，带外抑制性的斜率为53dB/THz与70dB/THz，相对中心频率带宽为77％，并且该滤波器的通带较为平坦。相比Yi-Ju Chiang等人用固定厚度膜做的宽带滤波器的相对带宽42％更宽，因此该方法可以制作出性能较好的太赫兹宽通带滤波器。

为进一步说明设计的柔性基底太赫兹宽通带滤波的效果，我们对同样结构参数硅基底与聚酰亚胺基底的传输特性进行比较，如图4所示：对于硅基底，由于Fabry-Perot(法布里-珀罗)反射的效应，没有形成宽带滤波器的效果。通过比较聚酰亚胺基底模拟与实验的传输曲线知，模拟与实验基本一致。进一步证明了我们工艺的可行性。

总之，我们用聚酰亚胺基底设计的太赫兹宽通带滤波器，主要体现在较高的带宽、带外抑制性强；隔离层、基底的厚度以及金属结构参数可以根据实际需要进行设计优化；工艺相比单层薄膜，平整性更好，易于加工，不用考虑薄膜的卷曲等缺陷；相比硅基底，不用进行对采集的脉冲信号进行截取处理，易于其它器件集成化等优势。因此可以利用柔性聚酰亚胺基底，DMDMD结构制备出高性能的超宽通带滤波器件，也可以用于其它太赫兹器件如吸收器，传感器等，以便更好的发展太赫兹实际应用。

Claims (8)

1.一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，包括如下步骤：

（1）清洗基片；

（2）在所述基板上涂覆聚酰亚胺膜；采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为10μm的聚酰亚胺膜；

（3）在所述聚酰亚胺膜上涂覆光刻胶LOR并烘干；

（4）在所述光刻胶LOR上涂覆光刻胶AZ1500并烘干；

（5）对光刻胶进行曝光；

（6）对曝光后的光刻胶进行显影和烘干；

（7）在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第一层金属；

（8）将蒸发第一层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离去除剩下的光刻胶AZ1500与所述光刻胶AZ1500上的第一层金属，然后用显影液去除剩余的光刻胶LOR；

（9）在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；

（10）重复步骤（3）至步骤（6）；

（11）在所述光刻胶AZ1500和露出的聚酰亚胺膜上蒸发第二层金属；

（12）将蒸发第二层金属的基片浸泡在丙酮溶液中剥离去除剩下的光刻胶AZ1500与所述光刻胶AZ1500上的第二层金属，然后用显影液去除剩余的光刻胶LOR；

（13）在所述基片上涂覆聚酰亚胺膜并进行固化；

（14）去除基片：将基片和聚酰亚胺膜剥离；

所述所述第一层金属和第二层金属均包括厚度为20nm的钛和厚度为200nm的金薄膜。

2.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中，分别用丙酮、酒精和去离子水超声清洗基片。

3.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中的烘干温度为150℃，时间5分钟；所述步骤（4）中的烘干温度不超过90℃，时间10分钟。

4.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（9）中，采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为30μm的聚酰亚胺膜。

5.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（13）中，采用旋转涂法甩粘度为3600厘泊的聚酰亚胺溶液并进行固化，得到厚度为40μm的聚酰亚胺膜。

6.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（14）中，用HF酸溶液浸泡涂覆聚酰亚胺膜的基片，然后取出所述基片，把聚酰亚胺膜从基片上剥离掉，在90℃的温度下固化10分钟左右。

7.根据权利要求8所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述步骤（14）中，浸泡的时间约为15分钟。

8.根据权利要求1所述一种新型太赫兹超宽通带滤波器的制造方法，其特征在于：所述基片为硅基片。