[发明专利]平面亚波长非周期高对比度光栅及其制备方法

权利要求书

1.一种平面亚波长非周期高对比度光栅，其特征在于：包括从上到下依次设置有高折射率材料器件层、低折射率材料层和硅衬底层，所述高折射率材料器件层的上表面为长方形，所述高折射率材料器件层上分布有平行于长方形短边的光栅，所述光栅的相位分布满足方程φ(y)=k₀(y²/2f_y)，其中，y轴定义为长方形的短边，x轴定义为长方形的长边，f_y定义为xy平面上的焦距，φ(y)定义为相位分布，k₀=2π/λ₀，且k₀定义为自由空间的波矢常量，所述低折射率材料层具有一个空腔。

2.一种平面亚波长非周期高对比度光栅，其特征在于：包括从上到下依次设置有高折射率材料器件层和硅衬底层，所述高折射率材料器件层的上表面为长方形，所述高折射率材料器件层上分布有平行于长方形短边的光栅，所述光栅的相位分布满足方程φ(y)=k₀(y²/2f_y)，其中，y轴定义为长方形的短边，x轴定义为长方形的长边，f_y定义为xy平面上的焦距，φ(y)定义为相位分布，k₀=2π/λ₀，且k₀定义为自由空间的波矢常量，所述硅衬底层底部具有一个凹槽。

3.根据权利要求1所述的新型平面亚波长非周期高对比度光栅，其特征在于：所述高折射率材料器件层的材质为硅。

4.根据权利要求2所述的新型平面亚波长非周期高对比度光栅，其特征在于：所述高折射率材料器件层的材质为Ⅲ族氮化物。

5.一种制备权利要求3所述的新型平面亚波长非周期高对比度光栅的方法，其特征在于，实现载体为SOI晶片，包括如下具体步骤：

步骤（1）：在所述SOI晶片的顶层硅器件层旋涂一层电子束光刻胶层；

步骤（2）：采用电子束曝光技术在上述电子束光刻胶层按照方程φ(y)=k₀(y²/2f_y)定义分布平行于长方形短边的光栅，形成非周期高对比度光栅结构；

步骤（3）：采用离子束轰击技术将步骤（2）中的非周期高对比度光栅结构转移至顶层硅器件层；

步骤（4）：利用氧气等离子灰化方法去除残余的电子束光刻胶层；

步骤（5）：采用BHF或Vapor HF技术，将位于非周期高对比度光栅结构下部的氧化物埋层去除，形成一个空腔。

6.一种制备权利要求4所述的新型平面亚波长非周期高对比度光栅的方法，其特征在于，实现载体为硅衬底Ⅲ族氮化物晶片，包括如下具体步骤：

步骤（1）：在所述硅衬底Ⅲ族氮化物晶片的顶层氮化物器件层上表面旋涂一层电子束光刻胶层；

步骤（2）：采用电子束曝光技术在所述电子束光刻胶层按照方程φ(y)=k₀(y²/2f_y)定义分布平行于长方形短边的光栅，形成非周期高对比度光栅结构；

步骤（3）：利用氮化物刻蚀技术将步骤（2）中的非周期高对比度光栅结构转移到所述顶层氮化物器件层；

步骤（4）：在所述顶层氮化物器件层的上表面再次旋涂一层光刻胶层用于保护步骤（3）中转移到顶层氮化物器件层的非周期高对比度光栅结构；

步骤（5）：在所述硅衬底Ⅲ族氮化物晶片的硅衬底层下表面旋涂一层光刻胶层，利用背后对准技术，在硅衬底层下表面的光刻胶层打开一个刻蚀窗口；

步骤（6）：将所述顶层氮化物器件层作为刻蚀阻挡层，利用深硅刻蚀工艺，通过刻蚀窗口将所述硅衬底层贯穿刻蚀至所述顶层氮化物器件层的下表面，使所述硅衬底层形成一个贯穿至所述顶层氮化物器件层下表面的空腔；

步骤（7）：利用氧气等离子体灰化方法去除残余的光刻胶层。