CN102904055B - 一种超材料的微结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超材料的微结构及其制备方法，制备一种含有PN结结构的超材料的微结构，利用PN结的特性丰富和完善了超材料的性能，提高了电容、优化了电学性能；并且可以根据实际需要，制备出含有个数不同的PN结结构的微结构，所得到的超材料的性能也根据PN结结构个数的不同而不同。

Description

一种超材料的微结构及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及超材料领域，尤其涉及一种超材料的微结构及其制备方法。
【背景技术】
超材料是融合了电磁、微波、太赫兹、光子、先进工程设计、通信等科学的高度交叉的新型领域。作为当今最尖端的新兴交叉科学技术，超材料科技因其突出的物理特性多次被评为“世界十大科技进展”。作为新兴材料科技的超材料的重大发展，在航天、航空、电子、通信、物联网、生物医疗器械、军事等领域里均存在大量的潜在应用。超材料的核心理论是描述电磁波轨迹和超材料特性的变形光学，该技术的一大核心在于设计成千上万个互相不同的人造复杂微结构并按照合理的排布组成一个具有特殊功能性的超材料器件。
CMOS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的制程逐渐成熟，半导体工艺便是利用不同类型组合的PN结的不同特性来实现设计需求。有效的利用CMOS工艺中的各种不同的材料，通过CMOS工艺的尺寸控制手段，能够构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拥有特殊性质的超材料。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：制备一种含有PN结的超材料的微结构，利用PN结的特性丰富和完善超材料的性能及这种微结构的制备方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案为：一种超材料的微结构，其特征在于：所述的超材料的微结构包括至少一个由PN结构成的任一形状的结构。
一种制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将本征半导体作为衬底，并在衬底的表面氧化一层氧化薄膜；
b、在氧化薄膜上涂抹一层光刻胶；
c、将第一掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
d、对露出的衬底进行N型或P型的掺杂或者注入杂质，然后去除光刻胶；
e、将衬底再涂抹一层光刻胶；
f、用第二掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
g、对露出的衬底再进行P型或N型的掺杂或者注入杂质；
h、去除衬底上没有被蚀刻掉的氧化薄膜及光刻胶。
所述的步骤还包括：i、在衬底上氧化一层氧化膜作为保护层。
所述的步骤还包括：j、将具有绝缘性质的防护层覆盖在所述的保护层上。
所述的步骤a中的本征半导体优选为本征硅或本征锗。
所述的N型掺杂或注入的杂质为含化学元素表中V族元素的杂质。
所述的N型掺杂或注入的杂质优选为含磷、砷或锑元素的杂质。
所述的P型掺杂或注入的杂质为含三价元素的杂质。
所述的P型掺杂或注入的杂质优选为含硼元素的杂质。
所述的绝缘性质的防护层优选为磷硅玻璃。
本发明的有益效果为：制备一种含有PN结结构的超材料的微结构，利用PN结的特性丰富和完善了超材料的性能，提高了电容、优化了电学性能；并且可以根据实际需要，制备出含有个数不同的PN结结构的微结构，所得到的超材料的性能也根据PN结结构个数的不同而不同。
【附图说明】
图1为本发明的流程图。
图2为本发明实施例一的俯视图。
图3为本发明实施例二的俯视图。
图4为本发明实施例三的俯视图。
图5为第四种微结构俯视图。
图6为第五种微结构俯视图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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。
一种超材料的微结构，所述的超材料的微结构包括至少一个由PN结构成的任一形状的结构。
如图4所示，包含两个PN结结构，如图2、3所示包含4个PN结结构，如图5所示，包含三个PN结结构，如图6所示包含一个PN结结构，应当理解，PN结结构的个数可以根据实际需要而设计，也可以设计成任何形状的微结构得到不同的PN结结构的个数，所得到的超材料的性能也根据PN结结构个数的不同而不同。
如图1所示，制备上述所述的超材料的微结构的方法为：
a、将本征半导体作为衬底，并在衬底的表面氧化一层氧化薄膜，所述的本征半导体优选为本征硅或本征锗；
b、在氧化薄膜上涂抹一层光刻胶；
c、将第一掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
d、对露出的衬底进行N型或P型的掺杂或者注入杂质，然后去除光刻胶；
e、将衬底再涂抹一层光刻胶；
f、用第二掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
g、对露出的衬底再进行P型或N型的掺杂或者注入杂质；
h、去除衬底上没有被蚀刻掉的氧化薄膜及光刻胶。
i、在衬底上氧化一层氧化膜作为保护层；
j、将具有绝缘性质的防护层覆盖在所述的保护层上，所述的具有绝缘性质的防护层优选为磷硅玻璃。
所述的N型掺杂或注入的杂质为含化学元素表中V族元素的杂质，如含磷、砷或锑元素的杂质；所述的P型掺杂或注入的杂质为含三价元素的杂质，如含硼元素的杂质。
这种方法制备的超材料的微结构包含有PN结，利用PN结的特性丰富和完善了超材料的性能，提高了电容、优化了电学性能；并且可以根据实际需要，制备出含有个数不同的PN结的微结构，所得到的超材料的性能也根据PN结个数的不同而不同。
实施例一：
将本征硅作为衬底，清洁衬底使衬底洁净；在衬底的表面氧化一层二氧化硅薄膜，然后在二氧化硅薄膜上涂抹一层光刻胶；将第一掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除二氧化硅薄膜，露出衬底，对露出的硅衬底进行N型2的掺杂或者注入杂质，所述的掺杂或注入的杂质为含磷元素的杂质，然后去除光刻胶；然后再一次涂抹一层光刻胶，用第二掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除二氧化硅薄膜，露出硅衬底，对露出的硅衬底再进行P型1的掺杂或者注入杂质，如含磷元素的杂质，也可以是含砷或锑元素的杂质；之后去除硅衬底上没有被蚀刻掉的二氧化硅薄膜及光刻胶，再硅衬底上氧化一层厚的二氧化硅膜作为保护层，最后将硅磷玻璃覆盖在二氧化硅保护层上，形成如图2所示的含4个PN结结构的超材料的微结构，。
实施例二：
实施例二与实施例一的不同点在于：先进行P型4的掺杂或注入杂质，然后再进行N型3的掺杂或注入杂质，得到如图3所示的同样含4个PN结结构的微结构。
应当理解，在以上实施例中本征半导体还可以采用本征锗，得到同样含有PN结结构的微结构。
实施例三：
如图4所示，实施例三相对于实施例一的不同在于，所制得的微结构含两个PN结结构的微结构；根据实际需要，可以制备出含有个数不同的PN结结构的微结构，如图5、6所示，所得到的超材料的性能也根据PN结结构个数的不同而不同。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改，微结构的形状可以设计成任一图形，所得到的PN结结构的个数也不相同，从而也可以得到不同性能的超材料。

Claims (8)

1.一种超材料的微结构，其特征在于：所述的超材料的微结构包括至少一个由PN结成的任一形状的结构；
其中，PN结由衬底中P型的掺杂或注入的杂质和N型的掺杂或注入的杂质构成，所述衬底为本征硅或本征锗；
其中，在形成所述PN结时，先形成P型的掺杂或注入的杂质，再形成N型的掺杂或注入的杂质，或者，先形成N型的掺杂或注入的杂质再形成P型的掺杂或注入的杂质。
2.一种制备权利要求1所述的超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
a、将本征半导体作为衬底，并在衬底的表面氧化一层氧化薄膜；
b、在氧化薄膜上涂抹一层光刻胶；
c、将第一掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
d、对露出的衬底进行N型或P型的掺杂或者注入杂质，然后去除光刻胶；
e、将衬底再涂抹一层光刻胶；
f、用第二掩膜板对光刻胶进行曝光，并对曝光部分进行蚀刻，去除氧化薄膜，露出衬底；
g、对露出的衬底再进行P型或N型的掺杂或者注入杂质；
h、去除衬底上没有被蚀刻掉的氧化薄膜及光刻胶；
i、在衬底上氧化一层氧化膜作为保护层，
其中，所述的步骤a中的本征半导体为本征硅或本征锗。
3.根据权利要求2所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的步骤还包括：
j、将具有绝缘性质的防护层覆盖在所述的保护层上。
4.根据权利要求2所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的N型掺杂或注入的杂质为含化学元素表中V族元素的杂质。
5.根据权利要求4所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的N型掺杂或注入的杂质为含磷、砷或锑元素的杂质。
6.根据权利要求2所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的P型掺杂或注入的杂质为含三价元素的杂质。
7.根据权利要求6所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的P型掺杂或注入的杂质为含硼元素的杂质。
8.根据权利要求3所述的制备超材料的微结构的方法，其特征在于：所述的绝缘性质的防护层为磷硅玻璃。
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