CN102305960A - 一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，先进行诱导模板的制备，再进行基材的选择及处理，然后进行电场诱导光子晶体功能材料流变成型，最后进行聚合物材料的固化及后处理，从而得到具有一定曲率的凸形界面二维光子晶体结构，可以广泛地应用在芯片实验室、高电容解耦式电容器、太阳能电池、平板式显示器等方面。

Description

一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺

技术领域

本发明属于微纳制造中的二维光子晶体制备领域，具体涉及一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺。

背景技术

自从John和Yabolonivitch提出光子晶体概念以来，其在集成光学、量子光学领域得到了飞速的发展。光子晶体是介质周期性排列而构成的人工微结构材料。利用其光子带隙，可以有效地控制电磁波在其内的传播特性。鉴于其在通信技术、光纤技术、显示技术及太阳能电池等领域的巨大应用，各种关于光子晶体的制备方法相继提出。尤其在二维光子晶体领域，借鉴于成熟的半导体加工技术，可制备工作在可见光区和近红外区的光子晶体。然而，借鉴于常规的半导体加工工艺，只能制备结构规则的二维光子晶体，得到规则的栅线或是孔洞结构。但是，在有机电致发光器件(OLED)以及发光二极管(LED)等显示技术领域，最优的光子晶体结构并非规则的栅线或孔洞结构，而是具有一定曲率的凸形界面的光子晶体结构，这种结构是现在传统制造工艺难以实现的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，能够实现具有一定曲率凸形界面的光子晶体结构。

为了达到上述目的，本发明采取的技术路线为：

一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，诱导模板的制备：在熔融玻璃表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的图形结构，在得到的图形结构表面蒸镀一层纳米至微米级别的ITO层，然后采用套刻工艺在ITO层上图形区周围加工出凸起的绝缘栅线结构，然后进行表面处理得到诱导模板，

第二步，基材的选择及处理：采用ITO玻璃作为基材，利用匀胶机在其表面旋涂两层UV光固化聚合物材料，底部一层为实现光子晶体结构的功能材料，顶部一层为粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料，两层UV光固化聚合物材料的厚度均为纳米级至微米级，

第三步，电场诱导光子晶体功能材料流变成型：施加压力将诱导模板压在两层UV光固化聚合物材料上，保证诱导模板与基材接触即可，施加外接直流电源，诱导模板的ITO层接电源的正极，基材的ITO玻璃接电源负极，调节电压，使光子晶体功能材料所受的电场力克服表面张力以及粘滞阻力流变，保持两层UV光固化聚合物材料在稳定的电压下0.25-4小时，直至复型过程结束，

第四步，聚合物材料的固化及后处理：在保持电压不变的情况下利用紫外光从顶部通过透明模板以及从底部透过ITO玻璃照射已完成复型的两层UV光固化聚合物材料，固化电诱导复型所得的微纳结构，然后利用有机溶剂洗去顶部一层的UV光固化聚合物材料，从而得到具有一定曲率的凸形界面二维光子晶体结构。

本发明采用一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，突破了常规半导体制造工艺中规则化图形的限制，得到的凸形结构的光子晶体更有利于在有机电致发光器件(OLED)以及发光二极管(LED)等领域的广泛应用；同时，由于本发明不需要昂贵的光刻设备与复杂的工艺控制，因此本方案大大降低了加工成本，提高了加工效率。本发明可以广泛地应用在芯片实验室、高电容解耦式电容器、太阳能电池、平板式显示器(OLED、SED、LCD)等方面。

附图说明：

图1为本发明诱导模板的结构示意图。

图2为本发明在基材上制备两层UV光固化聚合物材料的结构示意图。

图3为本发明电场诱导UV光固化聚合物材料流变成型的示意图。

图4为本发明UV光固化示意图。

图5为本发明固化后脱去模板得到的微纳结构示意图。

图6为本发明去除顶部一层UV光固化聚合物材料后的微纳结构示意图。

图7为本发明电场诱导过程中UV光固化聚合物材料局部诱导原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，包括以下步骤：

第一步，诱导模板的制备：在熔融玻璃1表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的图形结构，在得到的图形结构表面蒸镀一层纳米至微米级别的ITO层2，然后采用套刻工艺在ITO层上图形区周围加工出凸起的绝缘栅线结构3以控制诱导间距，绝缘栅线结构材料为硬度大的刚性材料，包括二氧化硅或是氮化硅，如附图1所示，然后将得到的模板进行表面处理，使其有利于脱模，得到诱导模板，

第二步，基材的选择及处理：采用ITO玻璃6作为基材，利用匀胶机在其表面旋涂两层UV光固化聚合物材料，底部一层为实现光子晶体结构的功能材料5，顶部一层为粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料4，两层UV光固化聚合物材料的厚度均为为纳米级至微米级，如附图2所示，

第三步，电场诱导光子晶体功能材料流变成型：以10MPa压力P将诱导模板压在两层UV光固化聚合物材料上，保证诱导模板与基材接触即可，施加外接直流电源7，诱导模板的ITO层接电源的正极，基材的ITO玻璃6接电源负极，调节电压，使光子晶体功能材料5所受的电场力克服表面张力以及粘滞阻力流变，保持两层UV光固化聚合物材料在稳定的电压下0.25-4小时，直至复型过程结束，如附图3所示，

第四步，聚合物材料的固化及后处理：在保持电压不变的情况下利用紫外光8从顶部通过透明模板1以及从底部透过ITO基材6照射已完成复型的两层液态UV光固化聚合物材料，如附图4所示，固化电诱导复型得到微纳结构，如附图5所示，然后利用有机溶剂洗去顶部一层的UV光固化聚合物材料9，从而得到预期的具有一定曲率的凸形界面二维光子晶体结构10，如附图6所示。

上述方法可以实现的光子晶体尺寸为：透明模板凸起的部分尺寸w1为纳米级至微米级，模具凹陷部分尺寸w2为纳米级至微米级，ITO玻璃表面旋涂的UV光固化聚合物材料膜厚尺寸h1和h2为纳米级至微米级，得到的光子晶体微纳结构凸起部分尺寸w3为纳米级至微米级，凹陷部分尺寸w4为纳米级至微米级，结构高度h5为纳米级至微米级，成型后聚合物膜厚h3和h4为纳米至微米级。

施加一定的压力，使透明模板接触两层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动性，施加合适的电场，顶部一层粘度大的UV光固化聚合物材料作为约束层，防止光子晶体功能材料流变过快，无法形成一定曲率的二维光子晶体结构，同时，约束区域内的光子晶体能材料受到一个向上的电场诱导力，克服界面张力以及粘滞阻力向上流变，如附图7所示。维持一段时间后，待液态UV光固化聚合物材料完成复型，对其采用紫外光同时从顶部和底部照射使其固化，最后脱去模板，利用有机溶剂去除底部一层的普通UV光固化聚合物材料，即可得到所需要的凸形界面的二维光子晶体。用这种方法得到的二维光子晶体结构，突破了常规半导体加工技术中只能制备规则图形的限制，同时，由于采用两层UV光固化聚合物材料，能够有效的控制流变速度以及曲率的均匀性，得到的凸形界面的二维光子晶体均匀性更好。

本发明克服了传统半导体加工技术无法制备具有一定曲率的凸形界面的二位光子晶体的问题，同时也避免了单纯采用一层光子晶体功能材料在无约束状态下利用电场诱导成型容易出现的流变速度过快以及曲率不一致的缺陷。本发明采用两层聚合物材料约束下的电场诱导，使约束区域内光子晶体功能材料受电场诱导力流变，得到均匀的具有一定曲率的凸形界面二维光子晶体。

Claims (1)

1.一种电场诱导凸形界面二维光子晶体的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，诱导模板的制备：在熔融玻璃表面利用光刻与刻蚀工艺加工出所需要的图形结构，在得到的图形结构表面蒸镀一层纳米至微米级别的ITO层，然后采用套刻工艺在ITO层上图形区周围加工出凸起的绝缘栅线结构，然后进行表面处理得到诱导模板，

第二步，基材的选择及处理：采用ITO玻璃作为基材，利用匀胶机在其表面旋涂两层UV光固化聚合物材料，底部一层为实现光子晶体结构的功能材料，顶部一层为粘度是底部聚合物材料2-20倍的UV光固化材料，两层UV光固化聚合物材料的厚度均为纳米级至微米级，

第三步，电场诱导光子晶体功能材料流变成型：施加压力将诱导模板压在两层UV光固化聚合物材料上，保证诱导模板与基材接触即可，施加外接直流电源，诱导模板的ITO层接电源的正极，基材的ITO玻璃接电源负极，调节电压，使光子晶体功能材料所受的电场力克服表面张力以及粘滞阻力流变，保持两层UV光固化聚合物材料在稳定的电压下0.25-4小时，直至复型过程结束，

第四步，聚合物材料的固化及后处理：在保持电压不变的情况下利用紫外光从顶部通过透明模板以及从底部透过ITO玻璃照射已完成复型的两层UV光固化聚合物材料，固化电诱导复型所得的微纳结构，然后利用有机溶剂洗去顶部一层的UV光固化聚合物材料，从而得到具有一定曲率的凸形界面二维光子晶体结构。

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