光子晶體製造

製作具有次微米之光柵結構的光子晶體有許多方法，不外乎先定義好基板的結構，

接著將需要的材料沉積到基板上，以下將介紹與比較五種不同的定義圖形之微製造技術，

與三種鍍膜技術：1. 電子束微影(Electron beam lithography)，是利用電子束在光阻上直 接刻劃出想要的圖形，再進行蝕刻製程並去光阻，這可相當精準地做出想要的圖形，但 相當耗時且昂貴，只會在需要少量樣本時使用[30]。2. 深紫外線微影(Deep ultraviolet lithography)[31]或極端紫外光微影(Extreme ultraviolet lithography)[32]，是利用較短波長 的光源來曝光，可以使定義圖形的解析度分別降至 200 nm 與 50 nm，但這兩項技術的 曝光機台也是相當昂貴，在業界或尖端研究機構才比較有可能使用到。3. 奈米壓印微影 (Nanoimprint lithography , NIL)，是有別於利用曝光來改變光阻化學性質的技術，而是利 用模具擠壓光阻並改變光阻之結構，再利用活性離子蝕刻將圖形轉移到基板上，這項技 術可以定義出 10 nm 以下的圖形，並可以進行大量製造[33]，但其缺點是許多步驟都需 要精準地控制。4. 相位光罩微影(Phase mask lithography , PML)，是利用干涉的方式在光 阻上定義圖形，其光罩和一般光罩不同，上面會有週期性的光柵結構，使曝光光源產生 考附錄一。5. 翻模(Replica molding)，是利用 Norland 塗佈在所要複製的模板上，再覆 蓋上基板，並利用紫外光使其固化，最後再連同基板與 Norland 一同移除即完成[35]，

相較於前面所提到之奈米壓印微影，其優點是不需要進行蝕刻，且具有可以大量製作、

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便宜與製作容易的特性，所以本論文選擇此方法。

在定義好基板的結構之後，以本論文用翻模製作的結構來說，需要再鍍上一層二氧 化矽與一層二氧化鈦，可能的方式有三種：1. 電子束蒸鍍(Electron beam evaporation)，

這是一種物理氣相沉積(Physical vapor deposition , PVD)的鍍膜技術，利用高能電子束撞 擊靶材，使靶材顆粒蒸發並附著到試片上，本實驗室使用電子束蒸鍍系統沉積二氧化矽 時，發現其鍍率相當不穩定，當然鍍完結果試片表面非常粗糙，如圖 2.2 所示，此外，

在蒸鍍的過程中，腔體溫度逐漸升高，也使塑膠試片有變質的顧慮，但是蒸鍍二氧化鈦 其實有相當多研究指出可以做出連續型均勻分布且高品質的二氧化鈦薄膜，但是也需要 加上高溫退火處理[36]。2. 直流濺鍍(DC Sputtering)，這也是物理氣相沉積的一種，是 在靶材上加負電壓，並在腔體中通氬氣，使其撞擊靶材，使待鍍材料表面之原子脫離，

並沉積到試片上，但由於待鍍原子被撞擊出的方向不固定，導致其階梯覆蓋率不佳，本 實驗室使用這項技術時，也發現有這種情形，但其鍍出來的薄膜厚度與折射率都相當穩 定。3. 原子層沉積(Atomic layer deposition , ALD)，利用原子層沉積技術沉積二氧化鈦 已有相當多的研究，在不同製程溫度下鍍出來的二氧化鈦薄膜，由於結晶性的不同，會

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要同時監控鍍率，隨時調整電壓，只要電子束位置有移動鍍率可能就會改變，所以暫時 不繼續採用。另外在直流濺鍍的部分，其濺鍍過程只需監控真空值與鍍率，這通常都很 穩定，且鍍出來的膜也較為均勻，折射率也正常，較大的問題是階梯覆蓋率不是很好。

本論文還未使用過原子層沉積來鍍膜，其應該可以改善階梯覆蓋的問題，但由於本論文 的光子晶體在結構之設計上，其薄膜厚度動輒 100~200 nm，用原子層沉積，恐怕相當 耗時，但未來若設計具有較薄之膜厚的結構，就可以嘗試這項技術來沉積。

圖2.2 電子束蒸鍍二氧化矽

SiO2

Si

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