Optical color filters are widely applied in many areas including display, imaging, sensing, holography, energy harvest, and measurement. Traditional dye-based color filters have drawbacks such as environmental hazards and instability under high temperature and ultraviolet radiation. With advances in nanotechnology, structural color filters, which are based on the interaction of light with designed nanostructures, are able to overcome the drawbacks. Also, it is possible to fabricate structural color filters using standard complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) fabrication facilities with low cost and high volume. In this work, metasurface-based subtractive color filters (SCFs) are demonstrated on 12-inch (300-mm) glass wafers using a CMOS-compatible fabrication process. In order to make the transmissive-type SCF on a transparent glass wafer, an in-house developed layer transfer process is used to solve the glass wafer handling issue in fabrication tools. Three different heights of embedded silicon nanopillars (110, 170, and 230 nm) are found to support magnetic dipole resonances. With pillar height and pitch variation, SCFs with different displayed colors are achieved. Based on the resonance wavelength, the displayed color of the metasurface is verified within the red-yellow-blue color wheel. The simulation and measurement results are compared and discussed. The work provides an alternative design for high efficiency color filters on a CMOS-compatible platform, and paves the way towards mass-producible large-area metasurfaces.

中文翻译：

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使用 CMOS 平台在 12 英寸玻璃晶圆上制造基于超表面的减色滤光片

光学彩色滤光片广泛应用于许多领域，包括显示、成像、传感、全息、能量收集和测量。传统的染料型彩色滤光片存在环境危害和在高温和紫外线辐射下不稳定等缺点。随着纳米技术的进步，基于光与设计纳米结构相互作用的结构滤色器能够克服这些缺点。此外，可以使用低成本和大批量的标准互补金属氧化物半导体 (CMOS) 制造设施来制造结构滤色器。在这项工作中，使用与 CMOS 兼容的制造工艺在 12 英寸（300 毫米）玻璃晶片上演示了基于超表面的减色滤色器 (SCF)。为了在透明玻璃晶片上制作透射型 SCF，内部开发的层转移工艺用于解决制造工具中的玻璃晶片处理问题。发现三种不同高度的嵌入式硅纳米柱（110、170 和 230 nm）支持磁偶极共振。随着柱高和间距的变化，实现了具有不同显示颜色的 SCF。基于共振波长，在红黄蓝色轮内验证超表面的显示颜色。对仿真和测量结果进行了比较和讨论。这项工作为 CMOS 兼容平台上的高效滤色器提供了一种替代设计，并为可大规模生产的大面积超表面铺平了道路。发现三种不同高度的嵌入式硅纳米柱（110、170 和 230 nm）支持磁偶极共振。随着柱高和间距的变化，实现了具有不同显示颜色的 SCF。基于共振波长，在红黄蓝色轮内验证超表面的显示颜色。对仿真和测量结果进行了比较和讨论。这项工作为 CMOS 兼容平台上的高效滤色器提供了一种替代设计，并为可大规模生产的大面积超表面铺平了道路。发现三种不同高度的嵌入式硅纳米柱（110、170 和 230 nm）支持磁偶极共振。随着柱高和间距的变化，实现了具有不同显示颜色的 SCF。基于共振波长，在红黄蓝色轮内验证超表面的显示颜色。对仿真和测量结果进行了比较和讨论。这项工作为 CMOS 兼容平台上的高效滤色器提供了一种替代设计，并为可大规模生产的大面积超表面铺平了道路。超表面的显示颜色在红黄蓝色轮中得到验证。对仿真和测量结果进行了比较和讨论。这项工作为 CMOS 兼容平台上的高效滤色器提供了一种替代设计，并为可大规模生产的大面积超表面铺平了道路。超表面的显示颜色在红黄蓝色轮中得到验证。对仿真和测量结果进行了比较和讨论。这项工作为 CMOS 兼容平台上的高效滤色器提供了一种替代设计，并为可大规模生产的大面积超表面铺平了道路。