微納光電子練習題

1、一、 簡答題：1. 套準精度的定義,套準容差的定義。 大約關鍵尺寸的多少是套準容差.套準精度是測量對準系統(tǒng)把 版圖套準到硅片上圖形的能力。套準容差描述要形成圖形層和前層的最大相對位移。一般，套準容差大約是關鍵尺寸的三分之一。2. 亞波長結構的光學特性。亞波長結構的光學特性：- 光波通過亞波長結構時，光的衍射消失，僅產生零級反射和透射，等效為薄膜，可用于抗反射元件和雙折射元件；- 采用空間連續(xù)變化的亞波長結構可獲得偏振面的衍射，形成新型偏振器件；- 表面等離子波亞波長光學 利用表面等離子體波共振（ SPR）原理：波導，小孔增強，局域增強等4. 微電子的發(fā)展的摩爾定律是什么?何謂后摩爾定律？集成電

2、路芯片的集成度每三年提高4倍， 而加工特征尺寸縮小倍， 這就是摩爾定律5. 單晶、 多晶和非晶的特點各是什么？單晶： 幾乎所有的原子都占據著安排良好的規(guī)則的位置，即晶格位置； 有源器件的襯底非晶： 如SiO2, 原子不具有長程有序，其中的化學鍵，鍵長和方向在一定的范圍內變化；多晶： 是彼此間隨機取向的小單晶的聚集體，在工藝過程中，小單晶的晶胞大小和取向會時常發(fā)生變化，有時在電路工作期間也發(fā)生變化。6. 半導體是導電能力介于_導體_和_絕緣體_之間的物質；當受外界 光和熱作用時，半導體的導電能力_明顯變化_; _往純凈的半導體中摻入某些雜質_可以使半導體的導電能力發(fā)生數(shù)量級的變化。7. 在光滑的

3、金屬和空氣界面，為什么不能激發(fā)表面等離子體波？對于光滑的金屬表面，因為表面等離子體波的波矢大于光波的波矢，所以不能激發(fā)表面等離子體波。8. 磁控濺射鍍膜工藝中，加磁場的主要目的是什么？ 將電子約束在靶材料表面附近，延長其在等離子體中運動的軌跡，提高與氣體分子碰撞和電離的幾率9. 諧衍射光學元件的優(yōu)點是什么？ 高衍射效率、優(yōu)良的色散功能 、減小微細加工的難度、獨特的光學功能10.描述曝光波長與圖像分辨率的關系，提高圖像分辨率，有哪些方法？ K1 is the system constant 工藝因子： 0.60.8NA = 2 ro/D, 數(shù)值孔徑改進分辨率的方法增加 NA 減小波長

4、減小 K111. 什么是等離子體去膠，去膠機的目的是什么？氧氣在強電場作用下電離產生的活性氧，使光刻膠氧化而成為可揮發(fā)的CO2、H2O 及其他氣體而被帶走；目的是去除光刻后殘留的聚合物12. 硅槽干法刻蝕過程中側壁是如何被保護而不被橫向刻蝕的？ 通過控制F/C的比例，形成聚合物，在側壁上生成抗腐蝕膜13. 折衍混合光學的特點是什么？ 折衍混雜的光學系統(tǒng)能突破傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的許多局限，在改善系統(tǒng)成像質量減小系統(tǒng)體積和質量等諸多方面表現(xiàn)出傳統(tǒng)光學不可比擬的優(yōu)勢14. 刻蝕工藝有哪兩種類型？ 簡單描述各類刻蝕工藝。 干法刻蝕：在氣態(tài)等離子體中，通過發(fā)生物理或化學作用進行刻蝕 濕法刻

5、蝕：采用液體腐蝕劑，通過溶液和薄膜間得化學反應就能夠將暴露得材料腐蝕掉15. 微納結構光學涉及三個理論領域，其中標量衍射理論適用于設計_ d>=10_ 的微納光學器件；矢量衍射理論適用于設計_ d_的微納光學器件；等效介 質折射理論適用于設計_ d<=/10 _的微納光學器件。16 在紫外光刻中，正性光刻膠曝光后顯影時將被_溶解_，負性光刻膠曝光 后顯影時將被_保留下來_. 17. 光刻中， g 線波長是指_436_nm,i 線是指_365_nm。18 干法刻蝕中的負載效應是指_刻蝕速率和刻蝕面積成反比_.19. 連 續(xù) 面 形 浮 雕 結 構 的 制 作 方 法 有 ： _基于灰

6、階掩膜的投影法和采用電子束或激光束的束能直寫法_.20 在下圖中畫出曝光后剩余的圖形。 并指出曝光中駐波效應產生的原因 和解決辦法。正性光刻膠曝光顯影時將被溶解，負性光刻膠曝光后顯影時將被保留下來在光刻膠曝光的過程中，透射光與反射光（在基底或者表面）之間會發(fā)生干涉。這種相同頻率的光波之間的干涉，在光刻膠的曝光區(qū)域內出現(xiàn)相長相消的條紋。光刻膠在顯影后，在側壁會產生波浪狀的不平整。解決方案：a、在光刻膠內加入染色劑，降低干涉現(xiàn)象；b、在光刻膠的上下表面增加抗反射涂層；c、后烘和硬烘。21 何謂表面等離子體波，激發(fā)表面等離子體波有哪幾種方法？為什么 說表面等離子體光學可以突破衍射極限？（1）等離子體

7、中粒子的各種集體運動模式   （2） 棱鏡耦合  波導結構   衍射光柵結構   強聚焦光束   近場激發(fā)   （3） 垂直方向的傳播是倏逝場22. 為什么鍍膜時鍍膜室內要具有一定的真空度？ 在真空條件下成膜可減少蒸發(fā)材料的原子、分子在飛向基板過程中與分子的碰撞，減少氣體中的活性分子和蒸發(fā)源材料間的化學反應（如氧化等），以及減少成膜過程中氣體分子進入薄膜中成為雜質的量，從而提供膜層的致密度、純度、沉積速率和

8、與基板的附著力。23. 何為反應濺射鍍膜？在濺射鍍膜時，引入某些活性反應氣體來改變或控制淀積特性，從而對薄膜的成分和性質進行控制24. 制備連續(xù)浮雕面型結構有哪些方法？ 基于灰階掩膜的投影法采用電子束或激光束的束能直寫法25.從微納結構的光學原理出發(fā)解釋孔雀的羽毛為什么會呈現(xiàn)不同的顏 色。26. 簡述采用 BOSCH 工藝制作高深寬比結構的技術原理。二、 論述題：1. 以圖解形式描述二元光學原理， 并以八臺階為例簡述器件的主要制作步驟。 上圖為八相位微透鏡陣列制作原理圖。制作工藝：先將基片清洗干凈并吹干，在特定的位置涂覆光刻膠，將勻膠之后的基片進行曝光，之后再進行顯影，反復多次就可以得到所需的

9、透鏡陣列。2. 論述折衍混合光學元件的消色差和消熱差原理。 消色差原理：衍射光學元件（DOE）具有負等效Abbe常數(shù)的特性，與折射光學元件相反，因此折衍混合可以消除色差。只需滿足消色差方程即可： 消熱差原理：對于折射光學系統(tǒng)，溫度升高，折射率變小，光學系統(tǒng)光焦度變小，焦距變長，溫度降低，焦距變??；衍射光學表面微結構對溫度不敏感，且具有負熱差特性，與折射光學組成折衍混合光學可消熱差。3. 何謂光子晶體？介紹光子晶體特點和應用。具有不同介電常數(shù)的介質材料隨空間呈周期性的變化時，在其中傳播的光波的色散曲線將成帶狀結構，當這種空間有序排列的周期可與光的波長相比位于同一量級，而折射率的變化反差較大時帶與

10、帶之間有可能會出現(xiàn)類似于半導體禁帶的“光子禁帶”(photonic band gap) ，這種光子禁帶材料就是光子晶體，是一種新型的人工結構功能材料，通過設計可以人為調控經典波的傳輸。特點  光子帶隙：在一定頻率范圍內的光子在光子晶體內的某些方向上是嚴格禁止傳播的 光子局域：在光子晶體中引入雜質和缺陷時，與缺陷態(tài)頻率符合的光子會被局限在缺陷位置，而不能向空間傳播光子晶體反射器件，偏振片，發(fā)光二極管，濾波器，光纖，非線性開關和放大器，激光器4試述相移掩膜方法提高光刻分辨率的原理。示意圖：增加一層相移層能夠使相鄰掩膜移相180°

11、從而實現(xiàn)相移掩膜。5. 深硅干法刻蝕過程中形成高深寬比的方法。對于高深寬比窗口，化學刻蝕劑難以進入，反應生產物難以出來。 解決辦法：將等離子體定向推進到高深寬比窗口，離子方向性垂直表面。高密度等離子體。6. 試述數(shù)字微鏡器件（ DMD）的結構和工作原理。DMD是二維可控微反射鏡陣列。微鏡單元用Si做基底，利用大規(guī)模集成電路技術在硅片上制出RAM，每一個存儲器上有2條尋址電位，2條連接電極，2個支撐桿上通過扭臂鏈控制一個微型反射鏡形成一個蹺蹺板的結果。 DMD每個像素都是一個可以繞軸轉動的微鏡，微鏡位置不同，反射光的反射角就不同。微鏡的作用就相當于一個光開關。7. 試述微測輻

12、射熱計器件采用熱隔離結構的原因。（1）機械支撐方面，支撐微輻射熱計器件的敏感探測元件。 （2）作為電子學通道，將熱成像電子信號傳遞并讀出。 （3）熱量傳導時，是熱量損失的重要通道。8. 畫圖解釋剝離（ Lift-off）工藝。9. 電子束蒸發(fā)鍍膜的優(yōu)缺點。10. 設計采用兩種不同工藝制備周期為 500nm，占空比為 50%的金屬一維光柵 的工藝方法。11. 論述微透鏡陣列光學掃描器的原理。12. 論述微納結構等效介質模型的主要內容。三、 分析計算題：1 采用解析法設計一個主焦距長度為 1mm,通光口徑為 0.3mm 的硅菲涅爾衍射 微透鏡,采用 4 臺階量化方案，并給出掩膜

13、版設計參數(shù)。設計波長為 4 m，硅 的折射率為 3.42,設成像空間折射率 n=1。 2 制作一個如下圖的開孔結構，開孔口的寬度為 10 m。假設采用<100>晶向 的硅晶圓片，各向異性腐蝕方法制作。試決定硅晶圓片背面的窗口尺寸 w.3 利用熱熔技術制作一個口徑為 60 微米,空氣中焦距為 200 微米的膠微透鏡， 假設膠體材料的加熱后的體積收縮率為 5%， 而口徑沒有改變， 膠體熱熔后材 料折射率為 n=1.4。試設計熱熔前膠體的尺寸（直徑和厚度）。4. 如下圖，將折射率為 3.5 的無損耗電介質用作為法布里-珀羅干涉儀， （ 1） 計算自由譜范圍（軸向橫間隔）和干涉儀的帶寬。 （ 2）如果環(huán)境介質替換成折射率 n