專利名稱：一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納制造中的二維光子晶體制備領(lǐng)域，具體涉及一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝。
背景技術(shù)：
自從John和Yabolonivitch提出光子晶體概念以來，其在集成光學(xué)、量子光學(xué)領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。光子晶體是介質(zhì)周期性排列而構(gòu)成的人工微結(jié)構(gòu)材料。利用其光子帶隙，可以有效地控制電磁波在其內(nèi)的傳播特性。鑒于其在通信技術(shù)、光纖技術(shù)、顯示技術(shù)及太陽能電池等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用，各種關(guān)于光子晶體的制備方法相繼提出。尤其在二維光子晶體領(lǐng)域，借鑒于成熟的半導(dǎo)體加工技術(shù)，可制備工作在可見光區(qū)和近紅外區(qū)的光子晶體。然而，借鑒于常規(guī)的半導(dǎo)體加工工藝，只能制備結(jié)構(gòu)規(guī)則的二維光子晶體，得到規(guī)則的柵線或是孔洞結(jié)構(gòu)。但是，在有機電致發(fā)光器件(OLED)以及發(fā)光二極管(LED)等顯示技術(shù)領(lǐng)域，最優(yōu)的光子晶體結(jié)構(gòu)并非規(guī)則的柵線或孔洞結(jié)構(gòu)，而是具有一定曲率的凸形界面的光子晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在傳統(tǒng)制造工藝難以實現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)具有一定曲率凸形界面的光子晶體結(jié)構(gòu)。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)路線為一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，包括以下步驟第一步，誘導(dǎo)模板的制備在熔融玻璃表面利用光刻與刻蝕工藝加工出所需要的圖形結(jié)構(gòu)，在得到的圖形結(jié)構(gòu)表面蒸鍍一層納米至微米級別的ITO層，然后采用套刻工藝在ITO層上圖形區(qū)周圍加工出凸起的絕緣柵線結(jié)構(gòu)，然后進行表面處理得到誘導(dǎo)模板，第二步，基材的選擇及處理采用ITO玻璃作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂兩層UV光固化聚合物材料，底部一層為實現(xiàn)光子晶體結(jié)構(gòu)的功能材料，頂部一層為粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料，兩層UV光固化聚合物材料的厚度均為納米級至微米級，第三步，電場誘導(dǎo)光子晶體功能材料流變成型施加壓力將誘導(dǎo)模板壓在兩層 UV光固化聚合物材料上，保證誘導(dǎo)模板與基材接觸即可，施加外接直流電源，誘導(dǎo)模板的 ITO層接電源的正極，基材的ITO玻璃接電源負(fù)極，調(diào)節(jié)電壓，使光子晶體功能材料所受的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，保持兩層UV光固化聚合物材料在穩(wěn)定的電壓下 0. 25-4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束，第四步，聚合物材料的固化及后處理在保持電壓不變的情況下利用紫外光從頂部通過透明模板以及從底部透過ITO玻璃照射已完成復(fù)型的兩層UV光固化聚合物材料，固化電誘導(dǎo)復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)，然后利用有機溶劑洗去頂部一層的UV光固化聚合物材料， 從而得到具有一定曲率的凸形界面二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明采用一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，突破了常規(guī)半導(dǎo)體制造工藝中規(guī)則化圖形的限制，得到的凸形結(jié)構(gòu)的光子晶體更有利于在有機電致發(fā)光器件 (OLED)以及發(fā)光二極管(LED)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；同時，由于本發(fā)明不需要昂貴的光刻設(shè)備與復(fù)雜的工藝控制，因此本方案大大降低了加工成本，提高了加工效率。本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用在芯片實驗室、高電容解耦式電容器、太陽能電池、平板式顯示器(OLED、SED、IXD) 等方面。


圖1為本發(fā)明誘導(dǎo)模板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明在基材上制備兩層UV光固化聚合物材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明電場誘導(dǎo)UV光固化聚合物材料流變成型的示意圖。圖4為本發(fā)明UV光固化示意圖。圖5為本發(fā)明固化后脫去模板得到的微納結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明去除頂部一層UV光固化聚合物材料后的微納結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明電場誘導(dǎo)過程中UV光固化聚合物材料局部誘導(dǎo)原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)描述。一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，包括以下步驟第一步，誘導(dǎo)模板的制備在熔融玻璃1表面利用光刻與刻蝕工藝加工出所需要的圖形結(jié)構(gòu)，在得到的圖形結(jié)構(gòu)表面蒸鍍一層納米至微米級別的ITO層2，然后采用套刻工藝在ITO層上圖形區(qū)周圍加工出凸起的絕緣柵線結(jié)構(gòu)3以控制誘導(dǎo)間距，絕緣柵線結(jié)構(gòu)材料為硬度大的剛性材料，包括二氧化硅或是氮化硅，如附圖1所示，然后將得到的模板進行表面處理，使其有利于脫模，得到誘導(dǎo)模板，第二步，基材的選擇及處理采用ITO玻璃6作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂兩層UV光固化聚合物材料，底部一層為實現(xiàn)光子晶體結(jié)構(gòu)的功能材料5，頂部一層為粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料4，兩層UV光固化聚合物材料的厚度均為為納米級至微米級，如附圖2所示，第三步，電場誘導(dǎo)光子晶體功能材料流變成型以IOMPa壓力P將誘導(dǎo)模板壓在兩層UV光固化聚合物材料上，保證誘導(dǎo)模板與基材接觸即可，施加外接直流電源7，誘導(dǎo)模板的ITO層接電源的正極，基材的ITO玻璃6接電源負(fù)極，調(diào)節(jié)電壓，使光子晶體功能材料 5所受的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，保持兩層UV光固化聚合物材料在穩(wěn)定的電壓下0. 25-4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束，如附圖3所示，第四步，聚合物材料的固化及后處理在保持電壓不變的情況下利用紫外光8從頂部通過透明模板1以及從底部透過ITO基材6照射已完成復(fù)型的兩層液態(tài)UV光固化聚合物材料，如附圖4所示，固化電誘導(dǎo)復(fù)型得到微納結(jié)構(gòu)，如附圖5所示，然后利用有機溶劑洗去頂部一層的UV光固化聚合物材料9，從而得到預(yù)期的具有一定曲率的凸形界面二維光子晶體結(jié)構(gòu)10，如附圖6所示。上述方法可以實現(xiàn)的光子晶體尺寸為透明模板凸起的部分尺寸Wl為納米級至微米級，模具凹陷部分尺寸《2為納米級至微米級，ITO玻璃表面旋涂的UV光固化聚合物材料膜厚尺寸hi和h2為納米級至微米級，得到的光子晶體微納結(jié)構(gòu)凸起部分尺寸w3為納米級至微米級，凹陷部分尺寸w4為納米級至微米級，結(jié)構(gòu)高度h5為納米級至微米級，成型后聚合物膜厚h3和h4為納米至微米級。施加一定的壓力，使透明模板接觸兩層UV光固化聚合物材料，固化之前UV光固化聚合物材料具有流動性，施加合適的電場，頂部一層粘度大的UV光固化聚合物材料作為約束層，防止光子晶體功能材料流變過快，無法形成一定曲率的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，同時，約束區(qū)域內(nèi)的光子晶體能材料受到一個向上的電場誘導(dǎo)力，克服界面張力以及粘滯阻力向上流變，如附圖7所示。維持一段時間后，待液態(tài)UV光固化聚合物材料完成復(fù)型，對其采用紫外光同時從頂部和底部照射使其固化，最后脫去模板，利用有機溶劑去除底部一層的普通 UV光固化聚合物材料，即可得到所需要的凸形界面的二維光子晶體。用這種方法得到的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，突破了常規(guī)半導(dǎo)體加工技術(shù)中只能制備規(guī)則圖形的限制，同時，由于采用兩層UV光固化聚合物材料，能夠有效的控制流變速度以及曲率的均勻性，得到的凸形界面的二維光子晶體均勻性更好。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)半導(dǎo)體加工技術(shù)無法制備具有一定曲率的凸形界面的二位光子晶體的問題，同時也避免了單純采用一層光子晶體功能材料在無約束狀態(tài)下利用電場誘導(dǎo)成型容易出現(xiàn)的流變速度過快以及曲率不一致的缺陷。本發(fā)明采用兩層聚合物材料約束下的電場誘導(dǎo)，使約束區(qū)域內(nèi)光子晶體功能材料受電場誘導(dǎo)力流變，得到均勻的具有一定曲率的凸形界面二維光子晶體。
權(quán)利要求
1. 一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，其特征在于，包括以下步驟 第一步，誘導(dǎo)模板的制備在熔融玻璃表面利用光刻與刻蝕工藝加工出所需要的圖形結(jié)構(gòu)，在得到的圖形結(jié)構(gòu)表面蒸鍍一層納米至微米級別的ITO層，然后采用套刻工藝在ITO 層上圖形區(qū)周圍加工出凸起的絕緣柵線結(jié)構(gòu)，然后進行表面處理得到誘導(dǎo)模板，第二步，基材的選擇及處理采用ITO玻璃作為基材，利用勻膠機在其表面旋涂兩層UV 光固化聚合物材料，底部一層為實現(xiàn)光子晶體結(jié)構(gòu)的功能材料，頂部一層為粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料，兩層UV光固化聚合物材料的厚度均為納米級至微米級，第三步，電場誘導(dǎo)光子晶體功能材料流變成型施加壓力將誘導(dǎo)模板壓在兩層UV光固化聚合物材料上，保證誘導(dǎo)模板與基材接觸即可，施加外接直流電源，誘導(dǎo)模板的ITO層接電源的正極，基材的ITO玻璃接電源負(fù)極，調(diào)節(jié)電壓，使光子晶體功能材料所受的電場力克服表面張力以及粘滯阻力流變，保持兩層UV光固化聚合物材料在穩(wěn)定的電壓下0. 25-4小時，直至復(fù)型過程結(jié)束，第四步，聚合物材料的固化及后處理在保持電壓不變的情況下利用紫外光從頂部通過透明模板以及從底部透過ITO玻璃照射已完成復(fù)型的兩層UV光固化聚合物材料，固化電誘導(dǎo)復(fù)型所得的微納結(jié)構(gòu)，然后利用有機溶劑洗去頂部一層的UV光固化聚合物材料，從而得到具有一定曲率的凸形界面二維光子晶體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種電場誘導(dǎo)凸形界面二維光子晶體的制備工藝，先進行誘導(dǎo)模板的制備，再進行基材的選擇及處理，然后進行電場誘導(dǎo)光子晶體功能材料流變成型，最后進行聚合物材料的固化及后處理，從而得到具有一定曲率的凸形界面二維光子晶體結(jié)構(gòu)，可以廣泛地應(yīng)用在芯片實驗室、高電容解耦式電容器、太陽能電池、平板式顯示器等方面。
文檔編號G02B6/13GK102305960SQ20111019296
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者丁玉成, 劉紅忠, 李欣, 李祥明, 田洪淼, 邵金友 申請人:西安交通大學(xué)