[发明专利]一种低成本的带纳米电极的太赫兹光电导天线的制作方法

说明书

本发明公开了一种低成本的带纳米电极的太赫兹光电导天线的制作方法，其是将纳米压印和显影侧蚀相结合，加工出倒台形状的双层胶，并在制备金属镀层时通过使用开孔的金属挡板减小金属膜的面积，以解决lift‑off工艺加工纳米电极时金属剥离难的问题；同时使用从硬模板翻印而来的可多次利用的软模板，通过纳米压印技术来加工亚微米精度的纳米电极，通过掩膜版光刻来加工微米精度的主电极，从而提高了太赫兹光电导天线的加工速度，降低了加工成本，使其适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及太赫兹器件加工，具体涉及一种能降低成本、实现大批量生产的带纳米电极的太赫兹光电导天线的制作方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率范围在0.1-10THz的电磁波辐射，介于红外线和微波之间。相较于其他波段，太赫兹具有低能性、相干性，携带有丰富的物质波谱指纹特征，对非极性材料具有透过性，因此THz辐射在物理、化学、天文学、安全检查、无线通信和医药科学等领域均具有巨大的研究价值和应用前景。THz辐射的产生是THz科学技术发展和应用的关键。在众多种类的THz源中，以基于半导体的太赫兹光电导天线作为THz发射源具有低成本、结构紧凑、室温工作等优点。太赫兹光电导天线是在低温生长砷化镓等半导体材料上镀金做出电极和增透膜，可以用作太赫兹源或者太赫兹探测器的器件。在光电导天线的电极间隙区（光照区）制作上纳米电极能够让泵浦光发生表面等离子共振，调控光生载流子的浓度，进而提高太赫兹天线的发射功率或探测灵敏度。

现有的带纳米电极的太赫兹光电导天线需要两种不同的加工精度，因此需要通过两种方式进行分步加工，即亚微米级精度的纳米电极通过电子束曝光来制作，而微米级精度的天线主电极部分通过掩膜版光刻来加工。电子束曝光加工一片2英寸的片子需要十万多元，耗时十几个小时，且电子束曝光加工速度慢、成本高的缺点导致其主要用于科研以及原型的制作，不利于批量生产。而纳米压印技术不但能加工亚微米尺度的图形，而且还具有平均成本低的优点（纳米压印虽然第一次的模板也需要使用电子束曝光，但模板可以使用几百甚至上千次，进而分摊成本），适用于大规模生产。但在纳米压印过程中，模板是先垂直下压，脱模时再垂直抬起，因此在纳米压印胶上留下图形的侧壁都是垂直或者正梯形的，无法形成倒台形状的纳米压印胶。而这种非倒台形状的胶若在使用lift-off工艺加工制备纳米电极时，存在金属厚度不能太厚及金属难以剥离这两个缺点。目前并未见将纳米压印技术引入太赫兹光电导天线加工之中的报道。

发明内容

为了克服电子束曝光成本高、速度慢的缺点，本发明使用纳米压印替代电子束曝光，降低了加工成本，提高了加工速度，并通过将纳米压印和显影侧蚀相结合，加工出倒台形状的双层胶，解决了常规纳米压印在运用lift-off工艺时金属难剥离的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种低成本的带纳米电极的太赫兹光电导天线的制作方法，其步骤如下：

（1）在低温生长制备的砷化镓晶片上旋涂一层正性光刻胶，胶膜厚度为30-60nm，然后于80-110℃烘烤60-80s；

（2）在烘烤后的晶片上再旋涂一层纳米压印胶，厚度为150-250nm；

（3）用具有亚微米精度纳米电极图形结构的软模板进行热辅助紫外压印，使纳米电极的图形转移到胶膜上，再去除软模板；

（4）使用氧等离子体刻蚀技术去除压印沟槽里的纳米压印胶以及正性光刻胶，暴露出砷化镓晶片；

（5）使用1wt%的KOH溶液漂洗，侧向溶解掉部分光刻胶，在纳米电极区域内得到倒台形状的双层胶膜，然后于80-110℃热板烘烤60s；经该步骤可极大降低lift-off工艺中金属剥离去胶的难度；