[发明专利]纳米结构光学装置的气隙封装

说明书

本文描述的实施方式涉及封装的光学装置及形成具有可控气隙封装的光学装置的方法。在一个实施方式中，围绕多个光学装置结构在支撑层中形成有多个开口，以在光学装置结构、支撑层、及开口之间产生高折射率对比。在另一实施方式中，牺牲材料设置在光学装置结构之间并且随后封装层设置在光学装置结构上。牺牲材料被移除，从而形成由封装层、基板、及每个光学装置结构限定的空间。在又一实施方式中，封装层设置在光学装置结构上方，从而形成由封装层、基板、及每个光学装置结构限定的空间。

背景

技术领域

本公开内容的实施方式通常涉及光学装置。更具体地，本文描述的实施方式涉及封装的光学装置，以及形成具有可控制气隙封装的光学装置的方法。

背景技术

纳米结构光学装置包括平面内尺寸小于光的设计波长的一半的结构布置。例如，结构可具有亚微米尺寸，例如，纳米大小尺寸。包括波导组合器(诸如增强现实波导)的光学装置或平坦光学装置(诸如超构表面(metasurface))可由单层或多层此种结构组成。包含此种结构的光学装置需要用于机械保护的封装。封装材料也可以用作光学结构的多层布置的连续层之间的间隔件。此外，封装材料的光学性质影响光学装置性能。例如，在结构的材料的折射率与结构之间的材料的折射率之间的高对比是改进光学装置性能所期望的。具有约1.0的折射率的空气是位于结构之间以改进光学装置的光学性质的期望材料。由此，在本领域中需要封装的光学装置以及形成具有可控气隙封装的光学装置的方法。

发明内容

在一个实施方式中，提供了一种光学装置。光学装置包括设置在基板中或基板上的多个光学装置结构。光学装置结构各自具有与光学装置结构的横截面的宽度或直径相对应的小于2微米的临界尺寸及具有在约1.7与约4.0之间的光学装置折射率的结构材料。多个光学装置结构也包括围绕多个光学装置结构的每个结构的支撑层。支撑层包括具有约1.0至1.6的支撑层折射率的支撑材料。多个开口穿过支撑层设置。多个开口的每个开口邻接多个结构的两个或更多个结构。多个开口具有约1.0的折射率。

在另一实施方式中，提供了一种方法。方法包括在基板上并且在多个光学装置结构之间设置支撑层。支撑层与设置在多个光学装置结构上设置的第一硬掩模层共面。方法进一步包括在支撑层及第一硬掩模层上方设置第二硬掩模层并且在第二硬掩模层上方设置抗蚀剂层。方法进一步包括暴露抗蚀剂层中的图案。图案暴露第二硬掩模层的部分，该图案与将在支撑层中形成的开口相对应。方法进一步包括蚀刻第二硬掩模层的暴露部分。方法进一步包括蚀刻支撑层的暴露部分以穿过支撑层形成开口。方法进一步包括移除第一硬掩模层及第二硬掩模层。

在另一实施方式中，提供了一种方法。方法包括在基板上并且在多个光学装置结构的光学装置结构之间设置牺牲材料。多个光学装置结构包括与光学装置结构的横截面的宽度或直径相对应的小于2微米的临界尺寸。多个光学装置结构包括具有在约1.7与约4.0之间的光学装置折射率的结构材料。方法进一步包括在多个光学装置结构及牺牲材料上方设置封装层。封装层包括具有约1.0至约1.6的封装折射率的封装材料。方法进一步包括利用蚀刻处理移除牺牲材料。蚀刻处理包括以比封装层更高的速率蚀刻牺牲材料的蚀刻化学物质，其中封装层、基板、及多个光学装置结构的每个光学装置结构在其间限定空间。空间具有约1.0的折射率。

在另一实施方式中，提供了一种光学装置。光学装置包括在基板中或上设置的多个光学装置结构。多个光学装置结构包括与光学装置结构的横截面的宽度或直径相对应的小于2微米的临界尺寸。多个光学装置结构包括具有在约1.7与约4.0之间的光学装置折射率的结构材料。光学装置进一步包括封装层，该封装层包括约1.0至约1.6的封装折射率。封装层包括第一材料的第一部分。第一部分围绕多个光学装置结构的顶表面。第一材料的第一部分包括在第一部分之间界定的间隙。封装层进一步包括至少在间隙中设置的第二材料的第二部分，其中封装层、基板、及多个光学装置结构的每个光学装置结构在其间限定空间。空间具有约1.0的折射率。