于 淼

(長春理工大學，長春 130022)

分焦平面像素偏振片陣列的制備研究

于 淼

(長春理工大學，長春 130022)

分焦平面像素偏振片的單元大小為像素尺寸，能夠集成到CMOS相機的像元表面，可以實現(xiàn)多方向同時偏振成像探測。利用電子束曝光和ICP反應離子束刻蝕相結合的工藝技術制備了不同周期和特征尺寸的分焦平面像素偏振片陣列，應用掃描電子顯微鏡實現(xiàn)了微納線柵結構的表征。分焦平面偏振成像克服了偏振成像中不能同時成像、系統(tǒng)不穩(wěn)定的缺陷，能夠很好的適應多種復雜的探測環(huán)境。

分焦平面；像素偏振片；電子束曝光；反應離子束刻蝕

與液晶和薄膜材料偏振片相比，金屬納米光柵偏振片的偏振特性最好。在微電子加工常用的金屬材料中，Al金屬的偏振性能最好，面型以矩形金屬光柵的偏振透過率和消光比最高。為了保證貼合裝配能夠精確對準，分焦平面像素偏振片陣列的單元尺寸選擇成像器件的像素單元7.4 μm作為陣列單元尺寸，相鄰單元之間預留1 μm來減少單元之間的串擾。

1 分焦平面像素偏振片陣列的制備工藝

制備工藝采用電子束曝光、ICP反應離子束刻蝕技術相結合，其流程如圖1所示：

a.選用石英玻璃作為襯底，用去離子水、丙酮、酒精經(jīng)超聲清洗后，用氮氣吹干。

b.在石英玻璃上鍍150 nm金屬Al膜，表面均勻、無雜質，晶粒小。

c.在Al金屬膜表面旋涂150 nm正性電子束光刻膠(AR-P6200)，4 000 r轉旋涂60 s， 180℃恒溫熱板烘烤90 s，冷卻到室溫待用。

d.利用電子束曝光系統(tǒng)自帶的CAD制圖軟件繪制柵線結構，在電子束曝光系統(tǒng)中進行曝光。設置電壓為30 kV，spot值為2，曝光后顯影60 s，用去離子水沖洗30 s。

e.利用ICP反應離子束刻蝕系統(tǒng)(SENTECH SI500)，使用Cl2和BCl3作為刻蝕氣體，刻蝕掉金屬Al及Al的氧化層，刻蝕時間為80 s，用去離子水沖洗30 s，去除表面殘留的氣體。

f.用去膠液去掉剩余的光刻膠。

圖1 制備分焦平面像素偏振片的工藝流程Fig.1 Preparation process of sub-focal plane pixel polarizer(a)石英玻璃作為襯底 (b)鍍Al金屬膜 (c)旋涂正性電子束光刻膠(d)電子束曝光 (e)ICP反應離子束刻蝕 (f)去除剩余的光刻膠

2 分焦平面像素偏振片結構表征

利用掃描電子顯微鏡來表征光柵結構，如圖2所示。結果顯示合適的曝光參數(shù)，可以得到結構整齊、邊緣清晰、均勻性好的光柵結構。束流大小、中心間距、線間距影響曝光劑量和曝光效果，而未充分曝光或過曝將直接影響ICP反應離子束刻蝕的效果。

圖2 不同周期和特征尺寸光柵的掃描電子顯微鏡圖Fig.2 Scanning electron micrograph of grating with different period and characteristic size(a)140 nm周期80 nm線寬 (b)170 nm周期100 nm線寬 (c)200 nm周期100 nm線寬

3 結語

本文采用電子束曝光和ICP反應離子束刻蝕技術相結合，成功制備了不同周期和結構參數(shù)的分焦平面像素偏振片陣列結構，分焦平面像素偏振片陣列可以對準貼合到成像器件的表面，實現(xiàn)實時同時線偏振探測，在遙感探測、目標識別、天文探測及醫(yī)學診斷等領域具有廣泛的應用前景。

[1] PERKINS. R，GRUEV. V. Signal-to-noise analysis of Stokes parameters in division of focal plane polarimeters[J].Opt Express，2010，(18)：25815-25824.

[2] TYO. J. S，GOLDSTEIN. D. L，CHENAULT. D. B，SHAW. J. A. Review of passive imaging polarimetry for remote sensing applications[J]. Appl Opt，2006，45(22)：5453-5469.

[3] Xiaoxiao Xu，Meenal Kulkarni，Arye Nehorai and Viktor Gruev.A Correlation-Based Interpolation Algorithm for Division-of-Focal-Plane Polarization Sensors[J].Proc. of SPIE，2012,(22)：8364.

[4] Viktor Gruev，Rob Perkins，and Timothy York.CCD polarization imaging sensor with aluminum nanowire optical filters[J].Opt. Express，2010，18(18)：19087-19094.

[5] 李雙，裘楨煒，楊長久.同時偏振成像探測技術初探[J].大氣與環(huán)境光學學報，2010，5(3)：119.

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，初級實驗員，碩士。