[发明专利]一种具有支柱支撑的回音壁模式光子学器件及其制备方法和用途

说明书

本发明属于光子学器件领域，具体涉及一种具有支柱支撑的回音壁模式光子学器件及其制备方法和用途。具体而言，本发明提供一种具有支柱支撑的微盘，其中所述支柱包含第一电子束抗蚀剂，所述微盘包含第二电子束抗蚀剂，并且所述第一电子束抗蚀剂的分子量低于所述第二电子束抗蚀剂。本发明的具有支柱支撑的微盘及微盘阵列结构及回音壁模式光学谐振微腔和光子学器件的制备工艺简单、操作方便、成本低，可以大规模制备，并且具有高品质因数和光谱调制功能，解决了传统高品质微腔制备过程中需要单独刻蚀基底的问题，可实现多个微腔的耦合作用；该方法实用性广，尤其适用于光子学集成元件的设计和应用。

技术领域

本发明属于光子学器件领域，具体涉及一种具有支柱支撑的回音壁模式光子学器件及其制备方法和用途。

背景技术

现有的计算机是由电子来传递和处理信息。但是，受电子热效应和量子效应的干扰，集成的密度受到限制，无法满足对于信息存储和处理器性能的更高要求。信息时代的发展迫切需要研究和开发高性能的集成光学器件，用以解决集成电子学面临的运行速度限制和小尺度下的热效应问题。与传统的法布里-珀罗(FP)腔相比，回音壁模式微腔表现出更高的品质因子，因而能够对透射或发光光谱进行更高分辨率的调制，从而实现一系列基于谱线模式调制的集成光子学功能，如高效的滤波器、高灵敏的传感器、低阈值激光器、非线性效应、信号延时器等。现有的回音壁微腔包括微盘腔、微高脚杯腔和微环芯腔等。通常，还需要通过腐蚀性和毒性极大的氟化氙气体刻蚀掉一部分与腔接触的基底，得到支柱支撑微盘结构，从而减少光场向基底的能量耗散。这些方法面临着工艺繁琐和能耗较大的问题。更重要的是，现有的方法无法实现阵列化和图案化的多微腔结构的制备，难以实现功能化的回音壁模式光子学回路。因此，亟需开发性能得到改善的回音壁模式微盘光子学器件，以及高品质因子微腔结构的低成本、可控制和大范围的制备方法。

发明内容

为改善现有技术的不足，本发明提供一种具有支柱支撑的微盘，其中所述支柱包含第一电子束抗蚀剂，所述微盘包含第二电子束抗蚀剂，并且所述第一电子束抗蚀剂的分子量低于所述第二电子束抗蚀剂。

优选地，所述支柱由第一电子束抗蚀剂构成，所述微盘由第二电子束抗蚀剂构成。

根据本发明，所述第一电子束抗蚀剂和第二电子束抗蚀剂的分子量不相同，例如选自分子量不同的线型聚合物。

作为实例，所述第一电子束抗蚀剂可以为第一聚合物，所述第二电子束抗蚀剂可以为第二聚合物，并且所述第一聚合物和第二聚合物的分子量不相同。例如，所述第一聚合物和第二聚合物可选自分子量不同的下列聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(丁烯-1-砜)、聚(对叔丁氧基-2-甲基苯乙烯)(TBMS)、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丙烯酸乙酯的共聚物。

根据本发明，优选地，所述分子量不同的聚合物可以选自分子量为10k～1000k的聚合物。例如，可以选自分子量为996k的PMMA、350k的PMMA、120k的PMMA、90k的PMMA、15k的PMMA。

优选地，所述由第一电子束抗蚀剂构成的支柱下方还设置有基底。

根据本发明，所述基底可以选自可以旋涂高分子材料的导电或不导电的基底，例如选自下列的一种或多种：硅片、石英片、玻璃片、导电玻璃片、氟化镁(MgF₂)、金属薄膜、增强反射镜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。

本发明还提供所述具有支柱支撑的微盘的制备方法，包括如下步骤：

1)将第一电子束抗蚀剂和第一溶剂混合，将第二电子束抗蚀剂与第二溶剂混合，分别得到第一电子束抗蚀剂的溶液和第二电子束抗蚀剂的溶液；

2)向第二电子束抗蚀剂的溶液中加入发光材料，得到混合溶液；

3)将第一电子束抗蚀剂的溶液旋涂于基底上，得到含有第一电子束抗蚀剂的第一薄膜；