本發(fā)明屬于電磁波吸收結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種完美吸收體的制造方法。

背景技術(shù)：

基于人工合成材料的一種電磁波吸收結(jié)構(gòu)，它的電磁波參數(shù)和周圍環(huán)境的電磁參數(shù)可實現(xiàn)阻抗匹配，在特定波段下的吸收率為100％，因此人們稱這種電磁波吸收結(jié)構(gòu)為完美吸收體。

現(xiàn)有完美吸收體一般采用電子束直寫(ebl)生成周期性結(jié)構(gòu)，具體是先生成與吸收體最上層金屬陣列互補(bǔ)的周期性陣列，再通過薄膜沉積和剝離(lift-off)形成金屬陣列。如，在制造完美吸收體時，需要生成金屬圓柱，則對ebl光刻膠進(jìn)行圓孔曝光和顯影生成與金屬圓柱同尺寸的圓孔，再通過蒸鍍往圓孔中沉積金屬，并進(jìn)行l(wèi)ift-off，最后去除膠液和膠，最終生成完美吸收體的結(jié)構(gòu)。這種方法會存在剝離困難和剝離后金屬圖形失真的問題，比如要沉積100nm的金屬，需要至少3至4倍厚度的ebl光刻膠才能實現(xiàn)剝離，并且由于沉積薄膜時的不均勻性和方向性差，就會造成剝離困難以及剝離后金屬圖形失真，具體失真過程可如圖1經(jīng)過處理后得到的圖2～5所示的結(jié)構(gòu)。其中，圖1為基材層1表面向外依次層疊第一金屬層2、介質(zhì)層3、光刻膠5。在圖1的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，蒸鍍第二金屬層4，如果第二金屬層4的金屬熔點較高，則可能形成如圖2所示的第二金屬層4表面失真，具體如圖2所示；為避免第二金屬層4的金屬溫度過高而可能使得表面失真過于嚴(yán)重，縮短蒸鍍時間，則第二金屬層4的厚度偏薄，無法滿足完美吸收體的工藝要求，具體如圖3所示；當(dāng)?shù)诙饘賹?的金屬溫度不是特別高，不至于熔化光刻膠時，第二金屬層4會完全覆蓋光刻膠層5，導(dǎo)致光刻膠無法剝離，具體如圖4所示；當(dāng)?shù)诙饘賹?的金屬熔點較高，蒸鍍時間達(dá)到要求時，光刻膠層5不僅會坍縮成丘陵狀，而且同樣無法剝離，具體如圖5所示。

此外，當(dāng)完美吸收體的金屬材料為鎢時，由于鎢的熔點在金屬中最高，蒸鍍過程中，薄膜的溫度極高，高溫破壞了ebl光刻膠已經(jīng)生成的圖形，而利用濺射的方式沉積出的薄膜又不適用于剝離工藝。因此，有必要提出一種新的完美吸收體的制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對目前完美吸收體制造過程中出現(xiàn)的剝離困難以及金屬圖形失真且采用鎢作為金屬存在的熔點過高而破壞電子束直寫光刻膠圖形等問題，本發(fā)明提供一種完美吸收體的制造方法。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種完美吸收體的制造方法，至少包括以下步驟：

1)自潔凈的基材一表面向外，依次進(jìn)行第一金屬層、介質(zhì)層及第二金屬層的沉積處理；

2)在所述第二金屬層表面進(jìn)行電子束光刻膠的旋涂處理；

3)對旋涂的所述電子束光刻膠進(jìn)行熱固化處理；

4)對所述熱固化后的電子束光刻膠進(jìn)行曝光、顯影處理，獲得具有未經(jīng)過曝光的電子束光刻膠區(qū)域；

5)對進(jìn)行曝光、顯影處理后的所述電子束光刻膠區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕處理，使得第二金屬層斷裂形成若干周期性四方陣排布結(jié)構(gòu)，并去除所述未經(jīng)曝光的電子束光刻膠，得到完美吸收體。

本發(fā)明提供的完美吸收體的制造方法，由于沒有采用電子束直寫技術(shù)，避免電子束直寫技術(shù)圖形化后沉積薄膜對光刻膠的破壞，杜絕剝離后金屬陣列的圖形失真現(xiàn)象，為完美吸收體的制造提供了一種新的方法。

附圖說明

圖1為常規(guī)制造方法制造的未蒸鍍金屬層的完美吸收體結(jié)構(gòu)半成品；

圖2為常規(guī)制造方法制造的完美吸收體結(jié)構(gòu)；

圖3為常規(guī)制造方法制造的另一完美吸收體結(jié)構(gòu)；

圖4為常規(guī)制造方法制造的又一完美吸收體結(jié)構(gòu)；

圖5為常規(guī)制造方法制造的再一完美吸收體結(jié)構(gòu)；完美吸收體

圖6為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法流程圖；

圖7為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法的第一步制作示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法的第二步制作示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法的第三步制作示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法的第四步制作示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法的第七步制作示意圖；

圖12為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法制造的完美吸收體成型圖；

圖13為本發(fā)明實施例完美吸收體的制造方法制造的完美吸收體俯視圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖6、7～12所示，本發(fā)明實施例提供一種完美吸收體的制造方法。該完美吸收體的制造方法，至少包括以下步驟：

1)自潔凈的基材1一表面向外，依次進(jìn)行第一金屬層2、介質(zhì)層3及第二金屬層4的沉積處理，如圖7、8、9所示；

2)在所述第二金屬層4表面進(jìn)行電子束光刻膠5的旋涂處理，如圖10所示；

3)對旋涂的所述電子束光刻膠5進(jìn)行熱固化處理；

4)對所述熱固化后的電子束光刻膠5進(jìn)行曝光、顯影處理，獲得具有未經(jīng)過曝光的電子束光刻膠區(qū)域；

5)對進(jìn)行曝光、顯影處理后的所述電子束光刻膠5區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕處理，使得第二金屬層4斷裂形成若干周期性四方陣排布結(jié)構(gòu)，如圖11所示；并去除所述未經(jīng)曝光的電子束光刻膠5，得到完美吸收體，如圖12所示。

其中，在任一實施例中，基材1為石英、硅片、鎳、銅、鎢中的任一種，所述基材1起提供生長薄膜的空間的作。

在基材1表面進(jìn)行沉積處理前，需要對基材1進(jìn)行清洗處理，確?；?表面潔凈，避免表面附著有雜質(zhì)而可完美吸收體性能產(chǎn)生不利影響。

優(yōu)選地，第一金屬層2所使用的金屬為鎢，第二金屬層4所使用的金屬也為鎢。由于鎢的熔點在所有金屬中最高，當(dāng)將鎢用于完美吸收體的制造時，如果采用其他制造方法，則鎢在蒸鍍過程中，會熔化電子束光刻膠，使得電子束光刻膠形成的圖形被破壞，導(dǎo)致不容易剝離電子束光刻膠，而且剝離后金屬鎢的圖形發(fā)生失真，會使完美吸收體吸收效率降低。而且當(dāng)采用其他金屬時，其他金屬的熔點由于沒有鎢金屬的高，因此，制造的完美吸收體的效果不如采用鎢金屬制造的完美吸收體。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一金屬層2的厚度為厚度不低于200nm，主要作用是降使透過率為零，200nm是保證透過率幾乎為零的最小厚度，所述第二金屬層4的厚度為100～140nm，可使降低反射的作用比較明顯，但是低于或是高于這個區(qū)間會明顯增強(qiáng)表面反射率，不利于吸收。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一金屬層2厚度為200～300nm。

優(yōu)選地，第一金屬層2的沉積處理采用磁控濺射，所述磁控濺射功率為300～400w，沉積時間為15～25min；第二金屬層4的沉積處理采用磁控濺射，所述磁控濺射功率為300～400w，沉積時間為6～10min。

優(yōu)選地，介質(zhì)層3的材料為二氧化硅、氮化硅、mgf2、al2o3中的任一種。介質(zhì)層3是產(chǎn)生磁共振的前提。優(yōu)選厚度為60～80nm，該厚度下可以使得其上和其下金屬層中的自由電子產(chǎn)生相互作用，也就是互相耦合，低于或者高于這個厚度區(qū)間會使作用太強(qiáng)或太弱，不能產(chǎn)生諧振峰。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)層3的沉積處理采用電子束蒸鍍，蒸鍍速率為3～5埃/秒，速率可使薄膜厚度比較均勻，表面粗糙度較低。

優(yōu)選地，電子束光刻膠5為正性膠，正性膠在使用時，曝光區(qū)間顯影，可以獲得孤立的孔洞，分辨率高而且不污染環(huán)境。

更為優(yōu)選地，所述正性膠為zep520a，抗干法刻蝕的性能較好。

優(yōu)選地，旋涂的所述電子束光刻膠5的厚度為200～250nm。

優(yōu)選地，所述熱固化溫度為180～200℃，所述熱固化時間為1.5～4.5分鐘。

優(yōu)選地，對所述熱固化后的光刻膠進(jìn)行曝光、顯影處理時，采用光刻機(jī)設(shè)備，光刻機(jī)采用nanobeam公司nb5型號光刻機(jī)。光刻機(jī)設(shè)備可以設(shè)定相應(yīng)的程序，曝光、顯影的圖形按照程序的設(shè)定進(jìn)行。在本發(fā)明實施例中，可以形成未曝光的圓形區(qū)域和曝光的其他區(qū)域。

優(yōu)選地，所述干法刻蝕的刻蝕時間130～140s，氣壓15～20mtorr，氣體o215～25sccm，sf690～100sccm，源功率50～100w，偏置功率20～50w。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，上述完美吸收體的第二金屬層4為呈周期性四方陣列排布的若干圓柱體，所述圓柱周期為500～600nm，所述圓柱體的直徑為250～350nm，排成圓柱體的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然第二金屬層4也可以呈棱臺或者正方體結(jié)構(gòu)。只是在所有結(jié)構(gòu)中，圓柱體加工便利，而且可以在第二金屬層4和空氣之間激發(fā)表面等離子體共振，相鄰單元間又可以產(chǎn)生耦合磁共振。

在最優(yōu)選的方案中，圓柱體的直徑為300nm，陣列中圓柱體周期為500nm。

本發(fā)明上述實施例提供的完美吸收體的制造方法，由于沒有采用電子束直寫技術(shù)，避免電子束直寫技術(shù)圖形化后沉積薄膜對光刻膠的破壞，杜絕剝離后金屬陣列的圖形失真現(xiàn)象，為完美吸收體的制造提供了一種新的方法。

為了更好的說明本發(fā)明實施例提供的完美吸收體的制造方法，下面通過多個實施例進(jìn)一步解釋說明。

實施例1

一種完美吸收體的制造方法，包括以下步驟：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干凈，并烘干石英，待用；

2)采用磁控濺射的方法，在上述潔凈的石英一表面，以300w功率沉積250nm的第一鎢薄膜(也就是第一金屬層)，沉積時間20分鐘，如圖7所示；

3)采用電子束蒸鍍的方法，在第一鎢薄膜表面，以3埃/秒的速率沉積60nm的二氧化硅介質(zhì)層，如圖8所示；

4)采用磁控濺射的方法，在上述二氧化硅介質(zhì)層表面，以300w功率沉積100nm的第二鎢薄膜(也就是第二金屬層)，沉積時間8分鐘，如圖9所示；

5)在上述第二鎢薄膜表面旋涂zep520a(電子束光刻膠)，zep520a的旋涂厚度為220nm，如圖10所示，然后進(jìn)行熱固化，熱固化溫度為180℃，熱固化時間為3分鐘；

6)采用光刻機(jī)對zep520a表面進(jìn)行曝光、顯影處理，使得zep520a表面出現(xiàn)未被曝光顯影的圓形區(qū)域和被曝光顯影處理的其他區(qū)域；

7)采用干法刻蝕方式，對曝光以后的zep520a為掩膜進(jìn)行干法刻蝕處理，刻蝕第二鎢薄膜，使第二鎢薄膜形成圓柱型結(jié)構(gòu)，然后去除zep520a，得到完美吸收體，如圖11、12所示。

實施例2

一種完美吸收體的制造方法，包括以下步驟：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干凈，并烘干石英，待用；

2)采用磁控濺射的方法，在上述潔凈的石英一表面，以350w功率沉積200nm的第一鎢薄膜(也就是第一金屬層)，沉積時間15分鐘；

3)采用電子束蒸鍍的方法，在第一鎢薄膜表面，以3埃/秒的速率沉積70nm的二氧化硅介質(zhì)層；

4)采用磁控濺射的方法，在上述二氧化硅介質(zhì)層表面，以350w功率沉積120nm的第二鎢薄膜(也就是第二金屬層)，沉積時間10分鐘；

5)在上述第二鎢薄膜表面旋涂zep520a(電子束光刻膠)，zep520a的旋涂厚度為220nm，如圖10所示，然后進(jìn)行熱固化，熱固化溫度為2000℃，熱固化時間為3分鐘；

6)采用光刻機(jī)對zep520a表面進(jìn)行曝光、顯影處理，使得zep520a表面出現(xiàn)未被曝光顯影的圓形區(qū)域和被曝光顯影處理的其他區(qū)域；

7)采用干法刻蝕方式，對曝光以后的zep520a為掩膜進(jìn)行干法刻蝕處理，刻蝕第二鎢薄膜，使第二鎢薄膜形成圓柱型結(jié)構(gòu)，然后去除zep520a，得到完美吸收體，如圖11、12所示。

實施例3

一種完美吸收體的制造方法，包括以下步驟：

1)清洗石英基材，使得石英表面的油污等去除干凈，并烘干石英，待用；

2)采用磁控濺射的方法，在上述潔凈的石英一表面，以400w功率沉積300nm的第一鎢薄膜(也就是第一金屬層)，沉積時間25分鐘；

3)采用電子束蒸鍍的方法，在第一鎢薄膜表面，以3埃/秒的速率沉積50nm的二氧化硅介質(zhì)層；

4)采用磁控濺射的方法，在上述二氧化硅介質(zhì)層表面，以400w功率沉積80nm的第二鎢薄膜(也就是第二金屬層)，沉積時間10分鐘；

5)在上述第二鎢薄膜表面旋涂zep520a(電子束光刻膠)，zep520a的旋涂厚度為200nm，如圖10所示，然后進(jìn)行熱固化，熱固化溫度為180℃，熱固化時間為4分鐘；

6)采用光刻機(jī)對zep520a表面進(jìn)行曝光、顯影處理，使得zep520a表面出現(xiàn)未被曝光顯影的圓形區(qū)域和被曝光顯影處理的其他區(qū)域；

7)采用干法刻蝕方式，對曝光以后的zep520a為掩膜進(jìn)行干法刻蝕處理，刻蝕第二鎢薄膜，使第二鎢薄膜形成圓柱型結(jié)構(gòu)，然后去除zep520a，得到完美吸收體，如圖11、12所示。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。