一种基于薄膜键合的可调谐FP滤光片的制备方法

摘要

本发明属于薄膜光谱滤波器制备工艺技术领域，具体涉及一种基于薄膜键合的可调谐FP滤光片的制备方法，包括以下步骤：①下金属反射层制作：基底采用热蒸发或离子束溅射镀膜方法制备FP滤波器下金属反射层；②铌酸锂薄膜通光层制备：采用离子注入、键合剥离方法制备；③上金属反射层制备：采用磁控溅射的方法制备；④上金属反射电极图形化制备：采用光刻、离子束刻蚀工艺制作上金属电极结构，完成可调谐FP滤光片制作。本发明方法克服了现有滤光片中心波长难以调谐的问题，且制作工艺简单，易于调控，可实现线列、瓦片式多谱段滤光片。

说明书

技术领域

本发明属于薄膜光谱滤波器制备工艺技术领域，具体涉及一种基于薄膜键合的可调谐FP滤光片的制备方法。

背景技术

滤光片是在塑料或玻璃基材中加入特种燃料或在其表面蒸镀光学膜制成的，用以衰减光波中的某些光波段或以精确选择小范围波段光波通过，而反射掉其他不希望通过的波段。通过改变滤光片的结构和膜层的光学参数，可以获得各种光谱特性，使滤光片可以控制、调整和改变光波的透射、反射、偏振或相位状态，在光谱相机中应用广泛。

传统多波段成像装置为实现多种光谱的检测，需要使用不同的滤光片，然后通过转轮控制实现对多波段的滤光，从而导致体积较大且使用不便；另一方面为实现多波段的聚焦，减轻像差，多波段成像还需要连续减轻像差的大且复杂的光学部件，传统多波段成像装置体积较大，成像系统复杂，不方便使用。

可调谐光滤波片通常是指光带通滤波器的中心波长可调的光学滤波片，由于其波长调节的灵活性，可用于多波段成像系统，有效简化多波段成像装置，在多光谱成像领域有着广泛的应用。目前可调光滤波片主要基于MEMsFP结构，对MEMs加工工艺技术要求非常高，工艺复杂且难度大，成品率低，限制了可调光滤波片的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，如何提供一种基于基于薄膜转移键合的可调谐FP滤光片制备工艺方法，可以有效改善现有MEMS型热光调谐滤波器存在的工艺难度大、成品率低等问题，在光谱成像领域具有良好的应用前景。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于薄膜键合的可调谐FP滤光片的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：制作下金属反射层；

在衬底之上采用热蒸发镀膜方法制备FP滤波器的下金属反射层；

步骤2：制备铌酸锂薄膜通光层：

采用离子注入、键合剥离方法制备铌酸锂薄膜通光层；

步骤3：制备上金属反射层：

采用磁控溅射的方法制备上金属反射层；

步骤4：上金属反射电极图形化制备：

采用光刻、离子束刻蚀工艺制作上金属电极结构，完成可调谐FP滤光片制作；

步骤5：铌酸锂薄膜图形化制备：

采用离子束刻蚀工艺刻蚀去掉未覆盖上金属区域的铌酸锂薄膜，完成可调谐FP滤波器制作。

其中，所述衬底为石英玻璃。

其中，所述衬底为K9玻璃。

其中，所述下金属反射层材料包括Al、Ag。

其中，所述步骤2为：首先对铌酸锂衬底上表面进行H离子注入，将铌酸锂注入面与衬底中的下金属反射层一面进行晶圆级键合，采用热剥离方法将铌酸锂衬底去除，留下带铌酸锂薄膜与下金属反射层键合结构基底。

其中，所述步骤2中，所述铌酸锂薄膜的切向、厚度和厚度可自由选择。

其中，所述步骤3为：在带铌酸锂薄膜与下金属反射层的基底之上，采用磁控溅射的方法溅射上金属反射层。

其中，所述上金属反射电极图形化为线列型、瓦片型或马赛克型。

其中，所述上金属反射层材料包括Al、Ag。

其中，所述步骤5中，采用包括RIE、ICP在内的干法刻蚀工艺刻蚀去掉未覆盖上金属区域的铌酸锂薄膜。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明能够取得下列有益效果：

本发明采用的铌酸锂薄膜作为光学干涉薄膜中半波共振腔的腔体材料，其具有较宽的透光窗口(340-4600nm)、较高的电光系数以及较好的温度稳定性，可以大幅降低窄带可调谐滤波器的光学损耗，同时实现中心波长的可调谐；

本发明基于薄膜转移键合的方法可自由选择铌酸锂薄膜的切向和厚度，有利于充分利用铌酸锂材料本身的光电效应；

本发明可以有效改善现有MEMS热光调谐滤波器存在的加工工艺技术要求非常高，工艺复杂且难度大，成品率低等问题，在光传感领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种薄膜转移键合的可调谐FP滤光片制作工艺流示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于铌酸锂薄膜的可调谐FP滤光片线列截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于铌酸锂薄膜的可调谐FP滤光片的瓦片结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术问题，本发明提供一种基于薄膜键合的可调谐FP滤光片的制备方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1：制作下金属反射层；

在衬底之上采用热蒸发镀膜方法制备FP滤波器的下金属反射层；

步骤2：制备铌酸锂薄膜通光层：

采用离子注入、键合剥离方法制备铌酸锂薄膜通光层；

步骤3：制备上金属反射层：

采用磁控溅射的方法制备上金属反射层；

步骤4：上金属反射电极图形化制备：

采用光刻、离子束刻蚀工艺制作上金属电极结构，完成可调谐FP滤光片制作；

步骤5：铌酸锂薄膜图形化制备：

采用离子束刻蚀工艺刻蚀去掉未覆盖上金属区域的铌酸锂薄膜，完成可调谐FP滤波器制作。

其中，所述衬底为石英玻璃。

其中，所述衬底为K9玻璃。

其中，所述下金属反射层材料包括Al、Ag。

其中，所述步骤2为：首先对铌酸锂衬底上表面进行H离子注入，将铌酸锂注入面与衬底中的下金属反射层一面进行晶圆级键合，采用热剥离方法将铌酸锂衬底去除，留下带铌酸锂薄膜与下金属反射层键合结构基底。

其中，所述步骤2中，所述铌酸锂薄膜的切向、厚度和厚度可自由选择。

其中，所述步骤3为：在带铌酸锂薄膜与下金属反射层的基底之上，采用磁控溅射的方法溅射上金属反射层。

其中，所述上金属反射电极图形化为线列型、瓦片型或马赛克型。

其中，所述上金属反射层材料包括Al、Ag。

其中，所述步骤5中，采用包括RIE、ICP在内的干法刻蚀工艺刻蚀去掉未覆盖上金属区域的铌酸锂薄膜。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于薄膜转移键合的可调谐FP滤光片制备方法，包括以下步骤：

①下金属反射层2制作：首选选择石英玻璃、K9玻璃或其他高透明的玻璃材料作为衬底1；然后采用热蒸发镀膜方法在衬底上蒸镀FP滤波器下金属反射层，下金属层材料材料为Al、Ag等，要求反射率优于90％；

②铌酸锂薄膜通光层3制备：首先对铌酸锂衬底上301表面进行H离子注入，将铌酸锂注入面与基底1中的下金属反射层2一面进行晶圆级键合，采用热剥离方法将铌酸锂衬底301去除，留下带铌酸锂薄膜3与下金属反射层2键合结构基底，获得铌酸锂薄膜通光层3；

③上金属反射层4制备：在带铌酸锂薄膜通光层3与下金属反射层2的基底之上溅射上金属反射层，可采用采用磁控溅射的方法制备Al、Ag等金属，要求上金属反射层反射率优于90％；

④上金属反射电极图形化制备：采用常规光刻、刻蚀工艺手段制作上金属图形化电极结构401，可为线列型、瓦片型以及马赛克型；

⑤铌酸锂薄膜图形化制备：采用RIE、ICP等干法刻蚀工艺刻蚀去掉未覆盖上金属区域的铌酸锂薄膜，完成线列、瓦片滤波器制作。

其中，如图2所示，所述上金属反射电极结构为线列型周期性结构402时，其下方的铌酸锂薄膜为二维线列周期性结构302。如图3所示，所述上金属反射电极结构为瓦片型周期性结构403时，其下方的铌酸锂薄膜通光层3为瓦片型三维周期性结构。

优选地，步骤②所述的铌酸锂薄膜的切向可自由选择。

本发明的一种基于薄膜转移键合的可调谐FP滤光片制备方法，形成基于铌酸锂薄膜作为光学干涉薄膜中半波共振腔的腔体材料的FP可调谐滤光膜堆，可自由选择铌酸锂薄膜的切向和厚度，有利于充分利用铌酸锂材料本身的光电效应；可以大幅降低窄带可调谐滤波器的光学损耗，同时实现中心波长的可调谐，有效改善现有MEMS热光调谐滤波器存在的加工工艺技术要求非常高，工艺复杂且难度大，成品率低等问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。