分焦平面像素偏振片阵列的制备研究

于 淼

(长春理工大学，长春 130022)

分焦平面像素偏振片阵列的制备研究

于 淼

(长春理工大学，长春 130022)

分焦平面像素偏振片的单元大小为像素尺寸，能够集成到CMOS相机的像元表面，可以实现多方向同时偏振成像探测。利用电子束曝光和ICP反应离子束刻蚀相结合的工艺技术制备了不同周期和特征尺寸的分焦平面像素偏振片阵列，应用扫描电子显微镜实现了微纳线栅结构的表征。分焦平面偏振成像克服了偏振成像中不能同时成像、系统不稳定的缺陷，能够很好的适应多种复杂的探测环境。

分焦平面；像素偏振片；电子束曝光；反应离子束刻蚀

与液晶和薄膜材料偏振片相比，金属纳米光栅偏振片的偏振特性最好。在微电子加工常用的金属材料中，Al金属的偏振性能最好，面型以矩形金属光栅的偏振透过率和消光比最高。为了保证贴合装配能够精确对准，分焦平面像素偏振片阵列的单元尺寸选择成像器件的像素单元7.4 μm作为阵列单元尺寸，相邻单元之间预留1 μm来减少单元之间的串扰。

1 分焦平面像素偏振片阵列的制备工艺

制备工艺采用电子束曝光、ICP反应离子束刻蚀技术相结合，其流程如图1所示：

a.选用石英玻璃作为衬底，用去离子水、丙酮、酒精经超声清洗后，用氮气吹干。

b.在石英玻璃上镀150 nm金属Al膜，表面均匀、无杂质，晶粒小。

c.在Al金属膜表面旋涂150 nm正性电子束光刻胶(AR-P6200)，4 000 r转旋涂60 s， 180℃恒温热板烘烤90 s，冷却到室温待用。

d.利用电子束曝光系统自带的CAD制图软件绘制栅线结构，在电子束曝光系统中进行曝光。设置电压为30 kV，spot值为2，曝光后显影60 s，用去离子水冲洗30 s。

e.利用ICP反应离子束刻蚀系统(SENTECH SI500)，使用Cl2和BCl3作为刻蚀气体，刻蚀掉金属Al及Al的氧化层，刻蚀时间为80 s，用去离子水冲洗30 s，去除表面残留的气体。

f.用去胶液去掉剩余的光刻胶。

图1 制备分焦平面像素偏振片的工艺流程Fig.1 Preparation process of sub-focal plane pixel polarizer(a)石英玻璃作为衬底 (b)镀Al金属膜 (c)旋涂正性电子束光刻胶(d)电子束曝光 (e)ICP反应离子束刻蚀 (f)去除剩余的光刻胶

2 分焦平面像素偏振片结构表征

利用扫描电子显微镜来表征光栅结构，如图2所示。结果显示合适的曝光参数，可以得到结构整齐、边缘清晰、均匀性好的光栅结构。束流大小、中心间距、线间距影响曝光剂量和曝光效果，而未充分曝光或过曝将直接影响ICP反应离子束刻蚀的效果。

图2 不同周期和特征尺寸光栅的扫描电子显微镜图Fig.2 Scanning electron micrograph of grating with different period and characteristic size(a)140 nm周期80 nm线宽 (b)170 nm周期100 nm线宽 (c)200 nm周期100 nm线宽

3 结语

本文采用电子束曝光和ICP反应离子束刻蚀技术相结合，成功制备了不同周期和结构参数的分焦平面像素偏振片阵列结构，分焦平面像素偏振片阵列可以对准贴合到成像器件的表面，实现实时同时线偏振探测，在遥感探测、目标识别、天文探测及医学诊断等领域具有广泛的应用前景。

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Studyonfabricationofpolarizationplanepolarizingplatearray

YU Miao

(Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China)

The unit size of the sub-focal plane pixel polarizer is the pixel size, which can be integrated into the pixel surface of the CMOS camera and can realize multi-directional simultaneous polarization imaging detection. The sub-focal plane pixel polarizer arrays with different periods and characteristic sizes were fabricated by a combination of electron beam lithography and ICP reactive ion beam etching. The structure of the micro-nano wire grids was characterized by scanning electron microscopy. The sub-focal plane polarization imaging overcomes the defects that the imaging can not be performed at the same time and the system is unstable in the polarization imaging, and can well adapt to various complicated detection environments.

Sub-focal plane; Polarizing plate; Electron beam exposure; Reactive ion beam etching

TH74

A

1674-8646(2017)20-0038-02

2017-08-28

于淼(1986-)，女，初级实验员，硕士。