高衍射效率浸没光栅研究

作     者：黄爽爽 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘全

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：浸没光栅 全息曝光 离子束刻蚀 衍射效率 

摘      要：采用高分辨率成像光谱仪对CO2等温室气体浓度的监测已逐渐成为各国研究的重点,高效率浸没光栅是高分辨率成像光谱仪的关键元件,因此开展浸没光栅研究具有重要的意义。围绕全息离子束刻蚀法制作高衍射效率浸没光栅,进行了理论分析与工艺探究。主要工作有如下几个方面:首先,介绍了浸没光栅的基本概念和国内外浸没光栅的研究进展,然后介绍了光栅的制作方法。其次,介绍了时域有限差分（FDTD）理论。设计了四种用于不同波段的浸没光栅,光栅槽形为矩形和梯形。以衍射效率为评价函数对光栅占宽比和槽深这两个槽形参数进行优化设计,给出其占宽比和槽深范围。考虑到实际制作过程中光栅侧壁倾斜的影响,对不同梯形底角的浸没光栅,分析梯形底角从80°到88°范围内变化时对衍射效率的影响,对于强CO2带梯形槽形浸没光栅结构,梯形底角在80°至88°范围内时,衍射效率高于70%区域的占宽比范围为0.53-0.65,槽深范围在810-1150nm,为后续的实验制作提供理论指导。第三,实验探究了石英、K9玻璃以及S9912正性光刻胶这三种材料的刻蚀均匀性、刻蚀速率以及刻蚀选择比等重要刻蚀参数,得到了在不同的工作气体流量下的刻蚀速率、刻蚀均匀性、刻蚀选择比等数据。在此基础上,实验探究了全息曝光过程中曝光光强、曝光时间以及显影时间对光刻胶掩模占宽比和槽深的影响,制作出满足刻蚀所要求的光刻胶掩模,分析了离子束刻蚀过程中掩模和光栅占宽比变化。最后,通过大量实验的工艺探究,制作了强CO2带浸没光栅样品,分析了底部圆角、底部凹陷以及侧壁横向刻蚀这些异常刻蚀现象对衍射效率的影响。