[发明专利]在碲化锌表面制备亚波长微结构阵列的方法

说明书

本发明公开了一种在碲化锌表面制备亚波长微结构阵列的方法，用于解决现有制备的亚波长微结构形状、形貌连续可调性差的技术问题。技术方案是利用氧气作为刻蚀气体，采用反应离子刻蚀的方法对PS微球进行预刻蚀，利用氧气等离子体与PS微球的化学反应以及离子轰击效应对PS微球进行刻蚀。通过调节刻蚀工艺参数，选取射频功率范围，氧气流量范围，刻蚀气压，刻蚀时间，能够在短时间内实现对PS微球尺寸的连续可调。采用控制射频功率、刻蚀气氛，调节刻蚀自偏压，提高了ZnTe晶体的刻蚀速率。调节刻蚀工艺过程，调节参数射频功率，自偏压，刻蚀气氛，刻蚀气压，刻蚀时间范围，实现对亚波长微结构形状的调节。

技术领域

本发明涉及一种制备亚波长微结构阵列的方法，特别涉及一种在碲化锌表面制备亚波长微结构阵列的方法。

背景技术

碲化锌(ZnTe)作为一种新型II-VI族电光晶体，由于其较高的二阶非线性系数(X⁽²⁾＝1.6×10^-7esu)以及光电系数(r₄₁＝4.04pm/V)受到人们的广泛关注。由于该材料能够与800nm光形成良好的相位匹配，因此被广泛应用于太赫兹(THz)产生与探测领域。然而由于ZnTe材料表面本身存在的较为严重的菲涅尔反射现象导致其THz产生与探测效率大幅降低。并且当样品厚度较小时，晶体表面存在的较强反射会导致THz探测脉冲在晶体内部来回反射，从而使得THz时域光谱图上在主峰附近会出现一系列子峰，使得THz频域谱上出现“毛刺”，这种现象被称为F-P现象，F-P现象的存在将严重干扰THz信号探测以及处理过程。

为了减小表面存在的菲涅尔反射现象，传统的镀抗反射介质膜的方法能够达到一定的抗反射效果，具体工艺为在晶体表面镀上一层厚度为入射光波长四分之一的透明介质薄膜，利用光的干涉原理来实现抗反射性能。然而此方法只能勉强实现单一波长下的抗反射性能。增加膜层的数量虽然能够在一定程度上实现多个波段下的抗反射性能，但是膜层材料与基底材料之间物理化学性质的差异不可避免地会导致膜层与基底材料之间会存在较为严重的热应力以及附着力差的问题，并且若需实现特定波长下的抗反射性能，必须对膜层的厚度进行严格的把控，这一点也为工艺过程增添了不小的难度。文献“J,DarmoJ,Unterrainer K.Metallic wave-impedance matching layers for broadbandterahertz optical systems[J].Optics express,2007,15(11):6552-6560.”公开了一种在Si，GaAs和GaP基底表面制备Cr和ITO金属层作为抗反射层的方法，但是该方法虽能实现表面抗反射性能，但并未达到增透的效果。

相较于镀抗反射介质膜的方法，在光学晶体表面制备亚波长微结构(SWS)的方法能够实现宽波段下稳定的抗反射性能。等效介质理论将亚波长微结构等效为一层折射率逐渐变化的薄膜，这层薄膜减小了光的入射介质与光学晶体之间的折射率之差，从而能够缓解光学晶体表面存在的菲涅尔反射现象，从而增加入射光透过光学晶体的概率。并且在光学晶体表面制备亚波长微结构的方法从根本上解决了镀膜带来的附着力差与热应力问题。同时，在光学晶体表面直接制备亚波长微结构的方法也保证了光学晶体表面不受破坏。