哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院，广东 深圳 518055
超构表面为纳米光子器件赋予了更高的自由度与灵活度，使实用的微纳米光子器件的实现成为可能。基于高折射率半导体材料的介质超构表面制备技术可以和半导体集成电路的制作工艺结合，有希望在攻克超构表面大面积和高通量制备技术难题上发挥重要的作用，因此对其光场调控性能和制备工艺的研究是该领域近年来的重要发展方向。本文从硅、氮化硅和二氧化钛等介质超构表面出发，介绍了超构表面高通量制造技术的发展。此外，介绍了基于大面积制造技术实现实际应用的基于纳米光子器件的光学器件，如显示、成像、光调控器件。
光学设计 超构表面 微纳制造 高通量制造 CMOS兼容制造工艺
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 四川智溢实业有限公司，四川 成都 610041
超材料完美吸波体是一种典型的电磁功能材料，在包括高效太阳能利用等领域有巨大的应用前景。迄今的工作主要集中在工作波长的可调谐性以及双波段、三波段甚至宽带吸收方面。激光防护等特殊应用要求超材料完美吸波体在指定波长附近拥有窄带吸收性能，然而这方面的研究当前还比较少。基于铝反射镜-SiO2介质层-铝圆盘的三层结构，设计并数值模拟研究了一种工作在1 064 nm的窄带超材料完美吸波体。通过对比发现，相比于利用小尺寸结构单元的表面等离子体振荡基模，利用大尺寸结构单元的表面等离子体振荡高阶模式，可以在指定波长处得到线宽更窄的完美吸收效果。进一步，通过对介质层厚度、圆盘直径和晶格周期等主要结构参数进行系统研究，揭示了各个结构参量对于超材料完美吸波体光学响应的影响规律。在此基础上，通过对结构参数的优化，最终得到了透过率为0、反射率低至8.56×10?5、模式线宽约为55 nm的高性能、窄带超材料完美吸波体设计。由于该工作中涉及的所有材料均CMOS兼容，同时结构单元的特征尺寸也处于光刻技术易于加工的区间，因此拥有良好的大规模实际应用前景。
超材料 表面等离子体 窄带完美吸波体 CMOS兼容 偏振不敏感 metamaterial plasmonics narrow-band perfect absorber CMOS compatibility polarization insensitive 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190489
1 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室, 中北大学电子科学与技术系, 山西 太原 030051
2 江苏物联网研究发展中心, 江苏 无锡 214135
提出了一种与 CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对, 材料为 P/N型多晶硅, 吸收层材料为 TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声, 引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理, 通过仿真得到其重要的性能参数, 并给出了器件具体的工艺流程, 对器件尺寸进行了优化。理论上, 其响应率大于 1000 V/W, 探测率大于 2×108 cmHz1/2W-1, 噪声等效温差小于 20 mK, 时间常数小于 10 ms, 电阻值小于 20 kΩ。
热电堆 红外探测器 CMOS兼容 谐振腔 thermopile infrared detectors CMOS compatibility resonant Cavity TiN TiN
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中北大学电子测试国家重点实验室， 山西 太原 030051
报道了一种与 CMOS工艺兼容的微机械热电堆红外探测器。提出了具有一对热电偶的两层悬浮结构，其占空因子达到 80%以上，并采用 P/N多晶硅作为热电偶材料，黑硅作为吸收层材料。给出了器件的工作原理，对性能优化与制作的工艺流程进行了分析，结合所选材料的基本参数，得到了优化后的结构尺寸。通过理论计算，可以获得响应率大于 1000 V/W，探测率大于 1×108 cmHz1/2W-1，时间常数小于 40 ms，噪声等效温差小于 30 mK的性能优良的热电堆红外探测器。该器件的吸收层位于结构中的顶层，金属布线位于底层，便于与后续电路集成。单元大小为 25 μm×25 μm，有利于制作非制冷红外焦平面阵列。
CMOS兼容性 热电堆 红外 黑硅 CMOS compatibility thermopile infrared MEMS MEMS black silicon
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点实验室，微系统技术国家重点实验室，上海 200050
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
微机械热电堆红外探测器由于无需致冷，后续检测电路简单，成本低等优点在许多领域得到了广泛应用。提出了一种采用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容技术及自对准工艺制作的微机械热电堆红外探测器，以减小微机械热电堆红外探测器的工艺复杂度，减小微小释放孔结构的制作难度。和传统的微机械热电堆红外探测器相比，自对准微机械热电堆红外探测器的释放孔大小是由多晶硅热电偶臂之间的间距确定，而不是由光刻工艺确定。为研究自对准微机械热电堆红外探测器性能和热电堆结构之间的关系，设计并制作了两种不同结构的自对准微机械热电堆红外探测器。测试结果表明方形热电堆结构可以获得大的输出电压及响应率，圆形热电堆结构则可以获得快的响应和大的探测率。
探测器 微机械热电堆 红外探测器 自对准 CMOS兼容 微机电系统
