[发明专利]一种纳米多孔硅单凸透镜的制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米多孔硅单凸透镜的制备方法，该方法是将常规作为电极的薄铂片做成空心球体并把从空心球体上截得的一个球冠做成阴极，且球冠形薄铂片的凸面背离硅片，使用圆形平板薄铂片作为阳极，且在球冠形薄铂片与平板薄铂片之间放置硅片，硅片将腐蚀液分隔成两个独立的部分；先采用恒流源对硅片进行电抛光，而使硅片靠近球冠形薄铂片电极的一面形成凸形球表面、靠近平板薄铂片电极的一面保持平面；再将球冠形薄铂片电极换成圆形平板式薄铂片电极，对硅片进行电化学腐蚀而形成纳米多孔硅单凸透镜。通过本发明的方法，能获得纳米多孔硅单凸透镜，能广泛应用于微光机电系统，为微光机电系统领域作出了重大的贡献。

技术领域

本发明涉及半导体技术和光学工程领域，具体涉及一种纳米多孔硅单凸透镜的制备方法。

背景技术

1956年，Uhlir对硅片在HF溶液中进行电化学抛光处理时发现了多孔硅的存在；1990年，Canham发现了多孔硅在室温下发出可见光，这个发现为多孔硅的研究开辟了新纪元，即室温下发光多孔硅研究阶段；多孔硅在室温下的发光展示了硅在光电子学、光学器件以及显示技术等方面广阔的应用前景。特别是1996年，Hirschman首次实现硅基光电集成原型器件是多孔硅应用研究的一个里程碑。

多孔硅膜是一种海绵状的有着巨大比表面积的多孔材料。这种材料同时具有造价低廉、生物兼容性好并且能和现有集成电路工艺完全兼容。尽管多孔硅从20世纪90年代以来作为一种优质的传感器材料受到人们广泛的关注，但至今对使用多孔硅材料制备光学器件还较少，在光机电一体化研究方面尤其少见。

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），也叫做微电子机械系统、微系统和微机械等。是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源、微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口和通信等于一体的微型器件或系统，尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置。

近年来，随着微电子技术的快速发展，电子器件、MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器的尺寸越来越小。微光机电系统集成研究正在快速发展，硅基微光、机、电及集成技术正受到高度重视，而透镜、棱镜和反射镜等微光学元件是微光机电系统的重要组成部分，它们可以对微光路进行转换、传输和处理，以达到光的发射、聚集、偏振、干涉和散射的目的，但使用多孔硅材料制备微透镜、棱镜和反射镜等微光学元件研究还很少。

已经有文献使用聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethylmethacrylate，简称PMMA)掩蔽硅，利用选择性的电化学腐蚀过程制备氧化多孔硅光波导棱镜的方法，分别制备出基于多孔硅的汇聚和发散透镜。这类波导棱镜可以明显地汇聚和发散波导中传输的偏振光束。但这种方法工艺复杂，可控性不强，也难以实现微光-机-电系统集成。

发明内容

为了实现硅基微光、机、电微系统集成，本发明的目的是提供一种纳米多孔硅单凸透镜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：一种纳米多孔硅单凸透镜的制备方法，其特征在于，该方法是将常规作为电极的薄铂片做成空心球体并把从空心球体上截得的一个球冠做成阴极，且球冠的凸面均背离硅片，使用圆形平板薄铂片作为阳极，且在球冠薄铂片阴极与平板薄铂片阳极之间放置硅片，硅片中心轴线、平板薄铂片阳极中心轴线、球冠形薄铂片阴极的圆心与球冠形薄铂片阴极的中心轴线四者重合，硅片离阳极、阴极的距离相等，硅片将腐蚀液分隔成两个独立的部分；先采用恒流源对硅片进行电抛光，而使硅片靠近球冠电极的一面形成凸形球表面；再将球冠形薄铂片换成圆形平板式薄铂片，对硅片进行电化学腐蚀而形成多孔硅单凸透镜。