CN108538858B - 一种半导体的显示方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体的显示方法，主要由半导体制成的超表面的结构颜色与半导体在受激辐射下产生的本征颜色混合产生，通过调控入射白光以及激发的强度改变两种颜色的混合比，进而产生不同的颜色。本发明还提供了一种半导体的制备方法。本发明的有益效果是：利用超表面的结构颜色与半导体本身发光的本征颜色调色的交错机制之间的协同作用，使得其能够在室内环境下以大约纳秒级的转换时间在大范围内进行颜色调整，实现了原位控制。
Description
技术领域
本发明涉及半导体显示，尤其涉及一种半导体的显示方法与制备方法。
背景技术
图像显示技术正在向数字化、灵活化、多媒体化的方向发展,其采用数字方式控制,显示平面化,代表着当代图像显示的发展趋势。随着平板显示技术的发展,阵列显示得到了越来越广的应用。大部分平板显示器,如液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、LED显示屏等,都是将显示像素排列成有规律的阵列形式进行显示的。
近来，基于纳米印刷的彩色显示器使用外在结构颜色或固有发射颜色是高密度信息存储的一个迅速兴起的研究领域。然而，高级应用（例如动态全色显示和安全信息加密）要求对原位颜色变化，非真空操作，及时响应以及有利的可重用性提出了苛刻的要求。
为了改善颜色印象，已经探索了在可见光范围内具有低损耗的高折射率介电材料。通过使用全介电材料，可以在整个可见光谱上改善色彩对比度。然而，大部分彩色纳米印刷工作在一个静态的方式，限制了他们的先进应用，如防伪，动态全彩色显示和高安全的加密。类似于在成熟的半导体工业中广泛用于控制半导体的电学和光学特性的电掺杂和化学掺杂，近来，已经成功地将掺杂的概念移植成以动态方式控制彩色纳米印刷，例如通过将液晶渗入等离子体纳米结构或控制金属纳米颗粒的加氢/脱氢动力学。但是，它们都不能实现原位控制，后者方法甚至需要氢氧环境。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种实现了原位控制的半导体的显示方法与制备方法。
本发明提供了一种半导体的显示方法，主要由半导体制成的超表面的结构颜色与半导体在受激辐射下产生的本征颜色混合产生，通过调控入射白光以及激发的强度改变两种颜色的混合比，进而产生不同的颜色。
作为本发明的进一步改进，半导体的超表面的结构颜色在反射模式下产生，当一束白光通过空气柱后入射到在某基底的半导体的超表面上时，入射光与单个半导体的超表面单元发生米氏散射，通过单个超表面单元之间的共振，得到特定的反射峰，进而产生不同的结构颜色，该结构颜色的强度通过入射白光的强度调控。
作为本发明的进一步改进，半导体在受激辐射时，发出特定波长的本征颜色，而受激辐射的光强通过受激强度调控。
作为本发明的进一步改进，通过将外在结构颜色与本征颜色混合，实现动态颜色调谐，其中，结构颜色作为基础，本征颜色作为光子杂质，通过调节半导体激发的强度，以动态、可逆地控制产生的颜色。
本发明还提供了一种半导体的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备半导体薄膜；
S2、制备图案掩模；
S3、在掩模上制备具有超表面的半导体。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，采用一步旋涂法制备半导体薄膜，将基底置于去胶机中用氧离子轰击进行亲水处理，将亲水处理后的基底至于匀胶台上，取半导体溶液，滴在基底上，在基底上，用氮气吹基底，匀胶台匀速转动，快速喷入氯苯溶液，使其快速析出半导体薄膜。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，采用电子束光刻制备图案掩模，按照电子束光刻流程，在得到的半导体薄膜上匀上光刻胶，烘胶，随后用电子束光刻机进行曝光，将预先编写好的超表面阵列图案转移在光刻胶上，经过显影后光刻胶上具有超表面阵列结构图案。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，在掩模上采用反应离子束刻蚀制备半导体超表面，显影结束后，将具有超表面阵列反结构图案的样品，用反应离子束刻蚀法对样品进行刻蚀，使得半导体厚度剩余预定值，最后在基底上形成具有超表面的半导体。
本发明的有益效果是：利用超表面的结构颜色与半导体本身发光的本征颜色调色的交错机制之间的协同作用，使得其能够在室内环境下以大约纳秒级的转换时间在大范围内进行颜色调整，实现了原位控制。
附图说明
图1是一种半导体的制备方法的流程图。
图2是制备得到的半导体超表面的SEM图片。
图3是测量光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
一种半导体的显示方法，为光注入可调控显示方法，主要由半导体制成的超表面的结构颜色（反射或透射产生）与半导体在受激辐射下产生的本征颜色（荧光或激光）混合产生。通过调控入射白光以及激发的强度改变两种颜色的混合比，进而产生不同的颜色。一方面，半导体超表面的结构颜色可以在反射模式下产生，当一束白光通过空气柱后入射到在某基底的半导体超表面上时，入射光与单个半导体超表面单元发生米氏散射，通过单个超表面单元之间的共振，得到特定的反射峰，进而产生不同的结构色，这种结构颜色的强度可以通过入射白光的强度调控。另一方面，由于半导体料在受激辐射时，发出特定波长（不同颜色）的本征色。而受激辐射的光强可以通过受激强度调控。根据混色理论，通过混合其他两种颜色可以产生第三种颜色，通过改变它们的混合比率可以容易地调节所得色调。因此，通过将外在结构颜色与本征颜色混合，可以实现动态颜色调谐方案，其中前一种颜色作为基础，后一种颜色作为光子杂质。通过调节半导体激发的强度，可以动态、可逆地控制产生的颜色。
一种半导体的制备方法，其制备流程示意图如图1所示，具体步骤为：
(1)采用一步旋涂法制备半导体薄膜。将基底置于去胶机中用氧离子轰击10分钟进行亲水处理，将亲水处理后的基底至于匀胶台上，取1.5mol/L的半导体溶液50μl，滴在基底上，在基底上方8-10cm处，用800 Lh-1的氮气吹基底，匀胶台转速为5000r/s，时间60秒，在第34秒时快速喷入80μl的氯苯溶液，使其快速析出成膜；
(2)采用电子束光刻技术制备图案掩模。按照电子束光刻流程，在得到的半导体膜上匀上光刻胶ZEP，转速与维持时间将决定光刻胶厚度，为了下一步剥离的实现，目前的转速2000-4000r/s，维持120s，在180℃烘胶0.5小时。随后用电子束光刻机进行曝光，将预先编写好的超表面阵列图案转移在光刻胶上，经过ZEP专用显影液显影后光刻胶上具有超表面阵列结构图案；
(3)在掩模上采用反应离子束刻蚀制备半导体超表面。显影结束后，将具有超表面阵列反结构图案的样品，用反应离子束刻蚀法对样品进行刻蚀，使得半导体厚度剩余210nm。最后在基底上形成预期设计的半导体超表面结构。
制备得到的半导体超表面的SEM（扫描电子显微镜）图片如图2所示，当然电子束光刻及刻蚀中存在误差，但是在此视场中，由于合成及制备条件的控制，大部分都是本发明所需要的结构，同时从尺寸上来说，也都基本符合模拟设定结果。这样就满足了后期实验能够重复的必要条件。
为了在实验上观察光注入可调控半导体显示，本发明自主设计并搭建了一套光路系统，包括光谱仪1、透镜21、22、滤波片31、32、CCD4、分束镜51、52、53、偏振片6、光圈7、三维平移台8，示意图如图3所示。
如图3所示，白光用于激发反射模式时半导体超表面的的结构色，白光光源的发散白光经过透镜22变为平行光，再通过小孔准直，偏振片6起偏，分束镜53的反射以及物镜的汇聚，最终垂直入射到半导体超表面上。400nm的飞秒光用于激发半导体材料的本征颜色，类似白光，经过分束镜53的反射与50倍的物镜的汇聚，最终打在半导体超表面上。样品的颜色信息经过同一个50倍物镜收集后，利用分束镜51分成两束，一束通过ccd4来观测样品颜色，另一束通过光谱仪1来测量样品的光谱信息。期间，通过调节三维平移台8，使样品处于光斑焦点处。
当仅有白光照射时，CCD4上呈现出一个红色清晰的样品象。当用400nm的飞秒光激发半导体材料的时，构成超表面的半导体发出略微的绿光。此时，样品的整体颜色由红色变为橘黄色，继续增加飞秒光的强度，半导体发出的绿光变强，样品颜色变成黄绿色。这样，本发明实现了光注入半导体调色的实验。可见，通过连续改变半导体受激强度，可以连续的调节半导体超表面的颜色。
本发明提供的一种半导体的显示方法与制备方法，提出的光注入半导体超表面的彩色印刷技术适用于微纳米尺度结构，由于其前所未有的亚波长分辨率和高密度光学数据存储以及超快的调色响应时间等优势必将改变颜色显示科学。
本发明提供的一种半导体的显示方法与制备方法，使用于半导体的超表面超表面结构来取代金属纳米结构。在这里，通过在半导体工业中移植电/化学掺杂的概念，本发明首次通过光子掺杂实现了一种原位可逆的彩色纳米印刷技术，由半导体结构的结构颜色和光子发射的相互作用触发。
相关实验表明，基于半导体的超表面结构可以有效的实现动态可调的色彩显示。通过控制泵浦光，利用超表面的结构色与半导体本身发光的颜色调色的交错机制之间的协同作用，使得其能够在室内环境下以大约纳秒级的转换时间在大范围内进行颜色调整。
本发明提供的一种半导体的显示方法与制备方法，具有以下优点：
1) 制备简单，通过化学合成法合成微纳米级的半导体薄膜技术已经非常成熟了。同时电子束光刻与反应离子束刻蚀技术也已经非常成熟。整个制备的过程简单且成本较低，制备出的样品精度得到保证。
2) 在进行色彩调节时通过改变激光泵浦强度即可，同时，由于半导体材料的特性，也可以通过电子注入的方式进行半导体受激激发。
3) 实验的操作以及验证比较容易，方法简单、可行，应用前景广阔。
4) 以半导体为代表的二维材料作为超表面结构单元，对光波的调控作用现象明显，无论是理论还是实验上都比较可靠。
5) 颜色转换时间仅由荧光衰减时间确定，转换时间在纳秒数量级。具有可靠的稳定性和可逆性，实现了原位控制。
6) 最终验证了基于半导体超表面的光注入可调半导体显示器技术。为能在实现超透镜、超全息投影及全彩显示等光学应用打下了基础，为在提高人造电磁超材料光调控的效率、全彩显示等光电领域的应用提供了思路。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种半导体的显示方法，其特征在于：主要由半导体制成的超表面的结构颜色与半导体在受激辐射下产生的本征颜色混合产生，通过调控入射白光以及激发的强度改变两种颜色的混合比，进而产生不同的颜色。
2.根据权利要求1所述的半导体的显示方法，其特征在于：半导体的超表面的结构颜色在反射模式下产生，当一束白光通过空气柱后入射到在某基底的半导体的超表面上时，入射光与单个半导体的超表面单元发生米氏散射，通过单个超表面单元之间的共振，得到特定的反射峰，进而产生不同的结构颜色，该结构颜色的强度通过入射白光的强度调控。
3.根据权利要求1所述的半导体的显示方法，其特征在于：半导体在受激辐射时，发出特定波长的本征颜色，而受激辐射的光强通过受激强度调控。
4.根据权利要求1所述的半导体的显示方法，其特征在于：通过将外在结构颜色与本征颜色混合，实现动态颜色调谐，其中，结构颜色作为基础，本征颜色作为光子杂质，通过调节半导体激发的强度，以动态、可逆地控制产生的颜色。
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| CN108538858A (zh) | 2018-09-14 |
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