[发明专利]基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器及制作方法

权利要求书

1.基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器，其特征在于，由下至上依次设有衬底、介质光栅层、非对称金属光栅结构与介质填充层；

所述介质光栅层包括若干个等距排列的介质光栅；

所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅表面，所述非对称金属光栅结构为倒“L”字型结构或“Z”字型结构；

所述介质光栅的折射率为1.4～1.7，所述介质光栅的宽度为75～200nm，所述介质光栅的高度为75～300nm，所述介质光栅层的光栅周期为300～800nm；

所述介质填充层相对于所述非对称金属光栅结构表面以上的结构厚度为50-800nm。

2.根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器，其特征在于，所述介质光栅层的所述光栅周期为400-600nm。

3.根据权利要求1所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器，其特征在于，所述非对称金属光栅结构的金属度大于50nm，所述非对称金属光栅结构的金属厚度为70～150nm。

4.基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：在衬底上形成具有若干个等距排列的介质光栅的介质光栅层，所述介质光栅的折射率为1.4～1.7，所述介质光栅的宽度为75～200nm，所述介质光栅的高度为75～300nm，所述介质光栅层的光栅周期为300～800nm；

S102：在所述介质光栅层上形成非对称金属光栅结构，所述非对称金属光栅结构部分覆盖所述介质光栅表面，同时，所述非对称金属光栅结构为倒“L”字型结构或“Z”字型结构；

S103：在所述非对称金属光栅结构的所在空间填充介质并形成介质填充层，所述介质填充层覆盖所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅层表面，所述介质填充层相对于所述非对称金属光栅结构表面以上的结构厚度为50-800nm；

S104：对经所述步骤S103获得的样品通过刻蚀工艺刻蚀出耦合器的独立单元。

5.根据权利要求4所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S101中形成所述介质光栅层的制作方法采用下列三种方法的任意一种：

1)首先，在所述衬底的上表面通过旋涂方法形成光刻胶，然后，采用曝光与显影工艺形成具有所述光刻胶制成的所述介质光栅的介质光栅层；

2)首先，在所述衬底的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过曝光、显影形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层；

3)首先，在所述衬底的上表面形成介质层，所述介质层采用SiO2、SiNx、ITO或AlN材料制成，然后，在所述介质层上通过旋涂方法形成光刻胶，并通过纳米压印工艺形成所述光刻胶制成的所述介质光栅，最后，通过干法刻蚀工艺形成所述介质光栅层。

6.根据权利要求4所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S102中采用倾斜蒸镀方法形成所述非对称金属光栅结构，具体包括：通过电子束坩埚发出电子束，并将经过所述步骤S101获得的样品以预设的倾斜角度相对所述电子束的出射方向倾斜设置，所述预设的倾斜角度可调，经过蒸镀后，所述介质光栅的表面上形成倒“L”或“Z”字型结构的非对称金属光栅结构。

7.根据权利要求6所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述预设的倾斜角度为30°～60°。

8.根据权利要求4所述的基于非对称金属光栅结构的SPP耦合器的制作方法，其特征在于，所述步骤S103中形成所述介质填充层的具体步骤包括：通过旋涂方法在所述非对称金属光栅结构与所述介质光栅层表面上形成表面平整的所述介质填充层，其中，旋涂的转速为4000～10000转/分钟，旋涂的次数为3～5次，所述介质填充层的介质为氢倍半硅氧烷。