JP2015076608A - マイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、化学蒸着を利用して連続的に金属構成に蒸着しなければ、表面プラズモンが発生しないため、高コスト且つ時間がかかるという問題を解決することにある。
【解決手段】本発明に係るマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法は、基体を取得した後、担体によって複数の金属ナノ粒子を載置し、前記基体上において、自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成するマイクロ構成を形成している。そのため、自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成するマイクロ構成を表面プラズモンとすることで、化学蒸着等の高コストな方法の使用を避け、作成コストの削減及び作成時間の短縮という目的を達している。従来の表面プラズモン波の構成にある制限を破り、表面プラズモン波の発生効果をさらに向上している。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法は、基体を取得した後、担体によって複数の金属ナノ粒子を載置し、前記基体上において、自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成するマイクロ構成を形成している。そのため、自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成するマイクロ構成を表面プラズモンとすることで、化学蒸着等の高コストな方法の使用を避け、作成コストの削減及び作成時間の短縮という目的を達している。従来の表面プラズモン波の構成にある制限を破り、表面プラズモン波の発生効果をさらに向上している。
【選択図】図１
Description
本発明は、表面プラズモンの生成方法であって、特にマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法に関するものである。
現在、金属の「表面プラズモン効果」は広範囲に応用されており、これは研究者が、特別な方法で設けたナノ金属構成が誘電体間の界面において、電磁波及びナノ金属構成の相互作用を発生させることができるということを発見し、且つ多くの特有なナノ光学的特性を発見して、これ等光学的特性は自身の、構成と、大きさと、相対的位置と、周期的配列方式と、マイクロ構成周辺にある誘電体の種類との変化を利用して制御することができる。もし、これ等のマイクロ構成パラメータが制御できれば、表面プラズモン共鳴を発生しることで、特殊なマイクロ構成システムを設けることができ、これによって発生した表面プラズモンの効果は、様々な光電製品、及び学術的研究や光電的特性の測定等に応用することができる。また、その特性により、表面プラズモンは、現段階において、ラマン分光測定、膜厚及び光学定数測定、太陽電池システム、光学センサ構成及びバイオセンサ等幅広い方面で徐々に応用が始まっている。
また、表面プラズモンは、発光ダイオードの発光効率を向上させるために用いることもできる。ナノ金属と誘電体との接合部分にある表面プラズモン効果は電磁界の作用を増強して、いわゆる近接場効果を発生することができ、近隣の量子ドット或いは量子井戸の発光効率（ＳＰ−ＱＷ）を高めることで、固体発光ダイオードの光学効率と輝度とを向上している。
さらに、量子井戸にある電子正孔対が再結合する際に光エネルギーが無方向性に放出するため、これを引導する機構がない状態において、利用可能な光は、基板を後にする上方向の光だけになってしまう。もしこの面から発光する場合、異質層を透過して大気中に放射する必要があり、そのうち、発生した光学的作用によって発光した一部の光が異質層に制限され、その他のエネルギー形式に転化してさらに削減され、発光量が層を重ねる毎に低下してしまう。もし、異質層と外界とが接触する表面に表面プラズモン構成を設けることで、光学的作用によって損失した光エネルギーを円滑に吸収して結合を形成し、さらに設けた表面プラズモン構成によって、運動量の損失を光子放射に転化して放出するようになり、このことを局在表面プラズモン共鳴（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、ＬＳＰＲ）と称している。
そのうち、特許文献１において、光放射効率の高い表面プラズモン（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ）を利用する発光ダイオード素子であって、そのうち、金属層表面に形成する特定形状の複数のスルーホールを利用して、これ等スルーホールを特定の位置に基づいて配列を行い、金属表面格子を形成した後、表面プラズモンを励起することで好ましい光放射効率を得ていることが掲示されている。
また、特許文献２において、表面プラズモン結合ユニットを有する発光ダイオード素子構成であって、表面プラズモン結合ユニットの設置を利用して表面プラズモンを発生することにより、発光ダイオードの発光効率を向上することが掲示されている。
しかしながら、上述する表面プラズモンを形成する方法の多くは、真空蒸着或いはスパッタリングにフォトマスク・現像・エッチングを用いた方法を利用してナノ金属構成ブロックを形成するか、或いは焼なまし方法をさらに利用して、これ等ナノ金属構成ブロックを表面張力の影響によって球状のような構成に形成するかといった製造工程上、複雑且つ高コストなものが殆どである。
また、表面プラズモンは構成によって、表面プラズモンポラリトン（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｐｏｌａｒｉｔｏｎ、ＳＰＰ）と、局在表面プラズモン（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎｓ、ＬＳＰ）とに分けることができる。そのうち、ＳＰＰは金属と誘電体との表面に存在し、ＬＳＰは共鳴におけるナノ金属構成の間に介在している。現在の周知技術では、同一のシステム構成において、ＳＰＰ及びＬＳＰに近似する表面プラズモン共鳴を同時に提供する技術はない。また、現在、ＳＰＰ及びＬＳＰの表面プラズモンを同時に形成するような好ましく且つ低コストな製造工程を提供する方法もない。
さらにまた、表面プラズモンは、一般的に金属と誘電体との間のエリアにしか介在することができず、その構造の設計は多大な制限を受けており、改良の余地がある。
本発明の主要な目的は、化学蒸着を利用して連続的に金属構成に蒸着しなければ、表面プラズモンが発生しないため、高コスト且つ時間がかかるという問題を解決することにある。
本発明のもう一つの目的は、表面プラズモン共鳴エリアの構成の制限を解決するため、立体的な表面プラズモン構成を形成し、表面プラズモン波の作用を向上して多重的効果を発生することにある。
上述した目的を達成するため、本発明は、基体を取得する工程と、担体によって複数の金属ナノ粒子を載置して前記基体上において自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成するマイクロ構成を形成する工程と、を包括するマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法を提供している。
上述した説明から分かるとおり、本発明の特徴は、担体によって自己集合することで、非連続面及び一部連続面のマイクロ構成を形成することにあり、さらに表面プラズモンを形成する構成としては、化学蒸着等の高コストな製造工程を必要とせず、低コスト且つ製造工程が短いという利点を有している。
本発明に係る詳細な説明及び技術内容について、図面を参照しつつ以下において説明する。
図１乃至図５を参照すると、本発明は多重立体的表面プラズモンを形成する方法であって、以下の工程を含む。
基体１０を取得する工程Ｓ１は、図２のように、前記基体１０は、異なるニーズに基づき、太陽電池、光学センサ、発光ダイオード等の光学電子素子、或いは単一又は多重膜層とすることができる。
マイクロ構成を形成する工程Ｓ２は、図３のように、担体２２によって複数の金属ナノ粒子２１を載置して前記基体１０上において自己集合するようにマイクロ構成を形成しており、そのうち、非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子２１より構成している。また、前記担体２２は、固体、液体或いは気体とすることができ、これ等金属ナノ粒子２１は、金、銀又はアルミニウム等の金属材質、或いは前記金属材質に係る化合物、合金又は混合物等とすることができ、これら金属ナノ粒子２１は、前記担体２２に均一に分散し、前記担体２２における濃度は５０００ｐｐｍであって、且つ金属の粒径は１ｎｍから１００ｎｍの間にあり、さらに物質に酸化及び混合を行うと、その粒径はおそらく１００ｎｍ以上となる。なお、本発明において称する「一部連続面」及び「非連続面」とは、これ等金属ナノ粒子２１間の接続関係が部分的に接続するもの或いは相互間で接続していないものを指しており、化学蒸着を利用して金属を分子状態において「完全な連続面」となる接続関係ではない。「一部連続面」及び「非連続面」は特性上において、「完全な連続面」とは全く異なり、そのため、本発明は、「一部連続面」及び「非連続面」のナノクラスの金属構成により形成する粒子状物体によって構成するマイクロ構成であるからこそ、本発明に係る表面プラズモンの形成方法としていることを強調している。
本発明の第一実施例において、前記担体２２は例えば、アセトン（ＡＣＥ）或いはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の揮発性の液体であって、前記工程Ｓ２において、以下のような工程をさらに有している。
形成工程Ｓ２１は、図３のように、回転塗布、吹付け、点塗布及び浸し塗りから構成する群のいずれかの方法を選出することによってこれ等担体２２及びこれ等金属ナノ粒子２１を前記基体１０上に形成している。
成形工程Ｓ２２は、これ等金属ナノ粒子２１が前記担体２２の中で互いに移動することで、自己集合するように複数の二次元六方最密構造を形成、即ち、一部連続面の構成である。
熱乾燥工程Ｓ２３は、図４のように、前記担体２２を徐々に揮発させ、これ等二次元六方最密構造を幾層に堆積して一部連続面で構成するマイクロ構成とする金属粒子堆積膜層２０を形成し、そのうち、熱乾燥温度は５００℃以下であって、９５℃から１７０℃の間が好ましく、熱乾燥時間は１時間以内であって、３０秒から５分間の間が好ましい。
上述の説明は、回転塗布を実施例としており、回転塗布の目的は、ウエハ表面溶液中の余分な未配列の前記金属ナノ粒子２１を取除き且つ薄膜を均一にし、適切な回転速度及び塗布時間の下、薄膜の厚さがより精密になることにある。これ等金属ナノ粒子２１を前記金属粒子堆積膜層２０に形成するため、本実施例において、回転塗布の速度を８０００ｒｐｍ以下に制御している。実際、回転速度は薄膜の厚さと、均一性とに関わり、濃度の制御は電気的特性と、光学的特性と、電場及び磁場効果と、厚さ等に関わり、それぞれ異なってくる。
前記金属粒子堆積膜層２０が完成した後、表面プラズモンの発生構成とすることができるが、表面プラズモンで発生する制限をさらに解除するため、以下のような工程をさらに有することができる。
第一誘電体層３０を構成する工程Ｓ３は、図５のように、前記基体１０から離れた前記金属粒子堆積膜層２０の側面に前記第一誘電体層３０を形成し、前記第一誘電体層３０の材質は、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等であって、前記金属粒子堆積膜層２０にあるこれ等金属ナノ粒子２１は、吸着或いは拡散することによって前記第一誘電体層３０に入り込み、第一粒子懸濁層４０を形成しており、前記第一誘電体層３０を形成する方法は、電子ビーム蒸着、イオンビーム蒸着、レーザ蒸着、エピタキシャル蒸着或いはプラズマ増強化学蒸着を利用しており、このことから、特定の帯域に回折、屈折、全反射等の光学的現象を発生させることで、減衰全反射（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＴＲ）を形成して表面プラズモンの結合機構を増強している。
前記金属粒子堆積膜層２０及び前記第一粒子懸濁層４０を介して、表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）と、局在表面プラズモン（ＬＳＰ）とをそれぞれ形成し、近接場効果が共鳴現象を発生することにより、ＬＳＰ−ＳＰＰを略称してＳＰ−ＳＰとし、このことから、表面プラズモンの効果を増強し、多重立体的表面プラズモン構成とすることができる。
なお、前記基体１０から離れた一方に粒子懸濁層を形成する以外に、前記基体１０を活性する方法を介し、前記金属粒子堆積膜層２０から前記基体１０の方向に向かって粒子懸濁構成を形成することもでき、そのうち、図６のように、工程Ｓ１において、前記基体１０の表面或いは本体に第二誘電体層１５を有し、その後前記金属粒子堆積膜層２０の製造工程を行うと、これ等金属ナノ粒子２１は吸着或いは拡散することによって前記第二誘電体層１５に入り込み、第二粒子懸濁層３１を形成することができる。また、図７を参照すると、５００℃から６００℃において加熱するか、或いは２８０℃且つ５００Ｋｇ／ｃｍ２において圧締するかにより前記基体１０を活性し、同じようにこれ等金属ナノ粒子２１は前記基体１０に入り込み、第三粒子懸濁層３２を形成することもでき、前記第二粒子懸濁層３１及び前記第三粒子懸濁層３２はいずれも前記基体１０上に形成し、近似した効果を有している。
また、その他に、これ等金属ナノ粒子２１の含量を調整することにより、前記金属粒子堆積膜層２０を形成しない状況において、前記基体１０或いは前記誘電体層３０の方向に向かって吸着或いは拡散等の自己集合を行うことで前記第三粒子懸濁層３２或いは前記第一粒子懸濁層４０を形成することもできる。
また、本発明は、金属球状構成を構成する第三実施例も開示しており、図８を参照すると、前記工程Ｓ１において、前記基体１０は複数の凹溝（図示されていない）を有し、前記工程Ｓ２が完成すると、そのまま誘電体物質を前記金属粒子堆積膜層２０上に堆積する工程Ｓ４を行い、これ等金属ナノ粒子２１は自己集合するように前記誘電体物質を被包して複数の球状構成を形成している。このことから、同じように表面プラズモンの効果を達成することができる。このことについては、走査型電子顕微鏡で観察した図９を参照してほしい。
巨視的にいうと、前記金属粒子堆積膜層２０は、いわゆる表面プラズモンポラリトン（ＳＰＰ）を形成することができる。また、同じく巨視的な角度で見ると、前記第一粒子懸濁層４０は、金属ナノ粒子２１の成分と誘電体の成分とを包括し、且つ前記第一粒子懸濁層４０における金属ナノ粒子２１は、化学吸着或いは物理的拡散等の要素によって前記金属粒子堆積膜層２０にあるこれ等金属ナノ粒子２１から構成し、即ち、いわゆる自己集合を行っている。そのため、前記第一粒子懸濁層４０上に形成する表面プラズモンを局在表面プラズモン（ＬＳＰ）とすることができる。また、前記金属粒子堆積膜層２０は、前記第一粒子懸濁層４０とともに多重表面プラズモン波を発生することができる。従って、本構成は、ＳＰＰとＬＳＰとが結合された共振モードにおいて表面プラズモン波を生成することができ、表面プラズモンの原理において、ＴＥ偏光（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ）は表面プラズモンを形成することはなく、その電場垂直入射面と、ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光の平行入射面とによって、連続波を形成して表面プラズモンを発生している。本発明をさらに詳しくいうと、吸収帯域外の光エネルギーは円滑に透過し、吸収帯域内において、吸収されていない光エネルギー（ＴＥ偏光、及び吸収して飽和になった後の余分なＴＭ偏光）も透過することができ、吸収された光エネルギーは、前記金属粒子堆積膜層２０及び前記第一粒子懸濁層４０により表面プラズモン結合共振態様が発生し、ＴＥ偏光に転化して射出される。
これ等以外に、本発明は、異なる製造工程の条件によって、直接、粒子懸濁構成を形成することもでき、それが本発明の第四実施例であって、図１０を参照すると、前記工程Ｓ２において、前記担体２２ａは非揮発性の液体であるため、揮発或いは蒸発するということはなく、これ等金属ナノ粒子２１は前記担体２２ａに均一に分散し、回転塗布、吹付け、点塗布及び浸し塗りから構成する群のいずれかの方法を選出することによって前記基体１０上に形成し、且つ自然乾燥或いは熱乾燥を介して前記担体２２ａを硬化し、非連続面で構成するマイクロ構成とするナノ粒子懸濁膜２３を形成しているため、同じように表面プラズモンの発生構成とすることができる。なお、本実施例におけるこれ等金属ナノ粒子２１の間において、分散作用を利用して離間し合い、接続せず、非連続面のマイクロ構成を形成している。
そのため、上述の製造方法によって得た多重立体的表面プラズモンは、例えば、発光ダイオードの発光効率の向上や太陽電池の光変換効率等、様々な産業に応用することができる。
発光ダイオードの発光を例として挙げると、光路は順次に、基体１０、金属粒子堆積膜層２０、第一粒子懸濁層４０、第一誘電体層３０であって、この光路介して導引する発光は連続的に純化し、そのうちのＴＥ偏光の比例及び光抽出効率を向上し、光学的現象によって全体の構成にもたらす光エネルギーの浪費程度を低減することもでき、光路の順序を反対にしても同じ効果に達することができる。図１１乃至図１５を参照すると、本発明を水平式表面プラズモン発光ダイオード素子を例として説明している。
ＬＥＤ構成である基体１０ａを取得する工程Ｐ１は、まず、図１１のように、前記基体１０ａ表面を洗浄し、そのうちの前記基体１０ａは、基板１１と、Ｎ型半導体層１２と、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ ｗａｌｌ， ＭＱＷ）層１３とＰ型半導体層１４とを包括している。
フォトリソグラフィを利用してフォトレジスト５０と合わせ、前記Ｐ型半導体層１４上にパターンを作成してエッチングを行う工程Ｐ２は、図１２のように、本実施例において、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＩＣＰ−ＲＩＥ）を用いてエッチングを行い、フォトレジスト５０を除去した後ウエハを洗浄している。
図１３のように、金属ナノ粒子２１の塗布層を形成する工程Ｐ３は、単一種或いは多重混合種を包括する複数の金属ナノ粒子２１及び担体２２を、回転塗布、吹付け、点塗布及び浸し塗りから構成する群のいずれかの方法を利用して前記基体１０の表面に塗布している。前記担体２２は、アセトン（ＡＣＥ）或いはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等の揮発し易い又は沸点が低い溶剤とすることができ、これ等金属ナノ粒子２１は、金、銀又はアルミニウム等の金属材質であって、単一或いは混合してこれ等金属ナノ粒子２１とすることができ、又は酸化物材質を塗布した後熱乾燥を利用して前記担体２２を除去することで、前記金属粒子堆積膜層２０を形成している。
透明導電層６０を前記金属粒子堆積膜層２０上に形成する工程Ｐ４は、電子ビーム蒸着、イオンビーム蒸着、レーザ蒸着、エピタキシャル蒸着或いはプラズマ増強化学蒸着等を利用して、前記金属粒子堆積膜層２０が前記基体１０から離れる表面に前記透明導電層６０を形成し、前記透明導電層６０の設置によって、特定の帯域に回折、屈折、全反射等の光学的現象を発生させることで、減衰全反射（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ、ＡＴＲ）を形成して表面プラズモンの結合機構を増強している。そのうち、図１４を参照すると、これ等金属ナノ粒子２１は、吸着、拡散するように前記透明導電層６０に自己配列し、前記透明導電層６０に近接する前記金属粒子堆積膜層２０の側面に前記粒子懸濁層４０ａを形成しており、前記透明導電層６０を形成する際、これ等金属ナノ粒子２１は前記透明導電層６０の形成に伴い、吸着、拡散する等の要素により連続的に懸濁するため、これ等金属ナノ粒子２１は前記透明導電層６０において拡散することから、前記透明導電層６０に自己配列して前記第一粒子懸濁層４０ａを形成している。このことにより、前記金属粒子堆積膜層２０は、前記第一粒子懸濁層４０ａとともに多重表面プラズモンを発生することができる。
電極７０を作成する工程Ｐ５は、図１５のように、前記透明導電層６０及び前記Ｎ型半導体層１２にそれぞれ個別の前記電極７０を形成することで、発光ダイオード構成を形成している。
さらに図１６を参照すると、本発明で制作した多重立体的表面プラズモン構成を有する表面プラズモン発光ダイオード８１及び一般の発光ダイオード８２の電流電圧を示す曲線図であって、前記表面プラズモン発光ダイオード８１と前記一般の発光ダイオード８２との電圧電流の転換を示す曲線において、殆ど差異はないことが見受けられる。しかし、図１７のような２０ｍＡの電流及び図１８のような３５０ｍＡの電流を出力した発光効率を示す図において、本発明の前記表面プラズモン発光ダイオード８１の発光効率が前記一般の発光ダイオード８２の発光効率よりはるかに上回っていることが顕著に見受けられることから、本発明の多重立体的表面プラズモンの技術を利用して発光ダイオードの発光効率を向上することは明白である。
図１９を参照すると、本発明で制作した構成が異なる波長に対する透過率、即ち光吸収率を示す図であって、対称曲線９１と、低速回転曲線９２と、高速回転曲線９３とをそれぞれ包括しており、前記対称曲線９１は、表面プラズモンを有さない一般的な構成を表し、前記低速回転曲線９２は、低速回転の回転塗布を利用して形成する前記金属粒子堆積膜層２０の光透過曲線を表し、前記高速回転曲線９３は、高速回転の回転塗布を利用して形成する前記金属粒子堆積膜層２０の光透過曲線を表し、このことから、前記低速回転曲線９２が形成する前記金属粒子堆積膜層２０は厚く、これに対して、前記高速回転曲線９３が形成する前記金属粒子堆積膜層２０は薄いことが分かるが、前記低速回転曲線９２或いは前記高速回転曲線９３のどちらであっても、二つの光吸収エリアＬ１、Ｌ２があることを顕著に見受けられ、それぞれ本発明で述べているＳＰＰ及びＬＳＰの光吸収現象である。従って、本発明の構成は、確実にＳＰＰ及びＬＳＰを同時に包括していることを表し、多重立体的表面プラズモンの利点を有しており、また、より好ましい利用効率を有している。なお、本実施例において、低速回転曲線９２の回転速度は２０００ｒｐｍであって、高速回転曲線９３の回転速度は４０００ｒｐｍである。
以上のことから、本発明は以下のような利点を有している。
第一に、高コストの蒸着製造工程を使用せず、自己集合を利用してマイクロ構成を形成して、表面プラズモンの形成効果を達している。
第二に、前記金属粒子堆積膜層上にある金属ナノ粒子を利用して前記第一粒子懸濁層を形成し、さらに前記金属粒子堆積膜層及び前記第一粒子懸濁層のいずれにおいて表面プラズモン波を形成し、従来の表面プラズモン波の形成構成にある制限を破り、多重立体的表面プラズモン波を形成し、表面プラズモン波の発生効果をさらに向上している。
第三に、回転塗布、吹付け、浸し塗り或いは点塗布を利用して前記金属粒子堆積膜層及び金属ナノ粒子の堆積表面を形成することで、その後の前記第一粒子懸濁層を円滑に成形し、且つ作成コストを有効的に低減している。
第四に、製造工程条件の設定に基づき、金属粒子堆積膜層、第一粒子懸濁層、第二粒子懸濁層、第三粒子懸濁層、球状構成或いはナノ粒子懸濁膜の形成を選択することができるため、使用のニーズに符合することができる。
第五に、表面プラズモン結合作用を利用してそのＴＥ偏光の比例を高めることができるため、表面プラズモン式の光フィルタとすることができる。
第六に、エッチング製造工程において、回転塗布、吹付け、浸し塗りなどの方法を利用することは、作成コスト及び作成過程の複雑性を大幅に低減できるため、使用のニーズに符合することができる。
第七に、もともと制限されていた光エネルギーを、本構成によって射出光に転換し且つ方向性を有することで、光学的現象によって全体の構成に引き起こる光エネルギーの浪費程度を低減している。
第八に、前記第一粒子懸濁層にある粒子をＬＳＰとすることで、堆積薄膜のＳＰＰとＳＰ−ＳＰ構成を形成するため、表面プラズモン効果を増強している。
第九に、吸収された入射光源によって発生する表面プラズモンは、反対から結合機構を形成すると、表面プラズモンから光子に転換して再び放射し、吸収されなかった入射光源と混合して射出光源を発生している。
第十に、この製造工程を利用して、溶液中に使用する溶剤の種類、或いは溶質粒子の大きさ又は濃度などのパラメータを変化し、環境要素に適合させると、表面プラズモンのフォトニック結晶を作成し且つその形状を定義するか、或いは固体量子プロセッサ、固体メモリ技術等の磁性材料に応用することができる。
第十一に、溶液における金属ナノ粒子の濃度を高めると、適切な温度下において、当該構成を利用して剥離工程を行うことができる。
第十二に、溶液を配置する際、異なる表面プラズモンによって吸収される帯域は異なるため、これに対応するスペクトル波長も異なり、そのため、互いに入射光源で発生する射出光とすることができ、且つ複数の前記金属ナノ粒子は、単一種或いは多種混合であってもよく、これによりスペクトル波長のニーズに応じた混合射出光に調整することができる。
第十三に、異なるタイプの基体の上に実施する場合、金属粒子堆積膜層及び第一誘電体層を直接剥がして、もう一つの空白の基体に被覆しても、同じように表面プラズモンの効果を発生している。
１０ 基体
１０ａ 基体
１１ 基板
１２ Ｎ型半導体層
１３ 多重量子井戸層
１４ Ｐ型半導体層
１５ 第二誘電体層
２０ 金属粒子堆積膜層
２１ 金属ナノ粒子
２２ 担体
２２ａ 担体
２３ ナノ粒子懸濁膜
３０ 第一誘電体層
３１ 第二粒子懸濁層
４０ 第一粒子懸濁層
４０ａ 第一粒子懸濁層
５０ フォトレジスト
６０ 透明導電層
７０ 電極
８１ 表面プラズモン発光ダイオード
８２ 一般の発光ダイオード
９１ 対称曲線
９２ 低速回転曲線
９３ 高速回転曲線
Ｌ１ 光吸収エリア
Ｌ２ 光吸収エリア
Ｓ１ 工程
Ｓ２ 工程
Ｓ３ 工程
Ｓ４ 工程
Ｓ２１ 工程
Ｓ２２ 工程
Ｓ２３ 工程
１０ａ 基体
１１ 基板
１２ Ｎ型半導体層
１３ 多重量子井戸層
１４ Ｐ型半導体層
１５ 第二誘電体層
２０ 金属粒子堆積膜層
２１ 金属ナノ粒子
２２ 担体
２２ａ 担体
２３ ナノ粒子懸濁膜
３０ 第一誘電体層
３１ 第二粒子懸濁層
４０ 第一粒子懸濁層
４０ａ 第一粒子懸濁層
５０ フォトレジスト
６０ 透明導電層
７０ 電極
８１ 表面プラズモン発光ダイオード
８２ 一般の発光ダイオード
９１ 対称曲線
９２ 低速回転曲線
９３ 高速回転曲線
Ｌ１ 光吸収エリア
Ｌ２ 光吸収エリア
Ｓ１ 工程
Ｓ２ 工程
Ｓ３ 工程
Ｓ４ 工程
Ｓ２１ 工程
Ｓ２２ 工程
Ｓ２３ 工程
Claims (9)
- 基体を取得する工程Ｓ１と、
担体によって複数の金属ナノ粒子を載置し、前記基体上において、自己集合するように非連続面及び一部連続面から選出するこれ等金属ナノ粒子より構成する、マイクロ構成を形成する工程Ｓ２と、を包括することを特徴とするマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。 - 前記工程Ｓ２において、前記担体は揮発性の液体であって、これら金属ナノ粒子は前記担体に均一に分散し、且つ、
回転塗布、吹付け、点塗布及び浸し塗りから構成する群のいずれかの方法を選出することによって、これ等担体及びこれ等金属ナノ粒子を前記基体上に形成する形成工程Ｓ２１と、
これ等金属ナノ粒子が前記担体の中で互いに移動することで、自己集合するように複数の二次元六方最密構造を形成する成形工程Ｓ２２と、
前記担体を徐々に揮発させ、これ等二次元六方最密構造を幾層に堆積して一部連続面で構成するマイクロ構成とする金属粒子堆積膜層を形成する熱乾燥工程Ｓ２３と、をさらに包括することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。 - 前記担体は、アセトン或いはイソプロピルアルコールであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記工程Ｓ２の後、前記基体から離れた前記金属粒子堆積膜層の側面に前記第一誘電体層を形成し、前記金属粒子堆積膜層にあるこれ等金属ナノ粒子は吸着或いは拡散することによって前記第一誘電体層に入り込み、第一粒子懸濁層を形成する工程Ｓ３をさらに包括することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記第一誘電体層の材質は、インジウム−スズ酸化物、アルミニウムドープ酸化亜鉛、酸化亜鉛のいずれか一つであることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記工程Ｓ１において、前記基体は複数の凹溝を有し、前記工程Ｓ２の後、誘電体物質を前記金属粒子堆積膜層上に堆積し、これ等金属ナノ粒子は自己集合するように前記誘電体物質を被包して複数の球状構成を形成する工程Ｓ４をことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記工程Ｓ２において、これ等金属ナノ粒子は、吸着或いは拡散することによって前記基体に入り込み、第三粒子懸濁層を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記工程Ｓ１において、前記基体の表面に第二誘電体層を有し、前記工程Ｓ２において、これ等金属ナノ粒子は吸着或いは拡散することによって前記第二誘電体層に入り込み、第二粒子懸濁層を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
- 前記工程Ｓ２において、前記担体は、非揮発性の液体であって、これ等金属ナノ粒子は、前記担体に均一に分散し、前記基体上に非連続面で構成するマイクロ構成とするナノ粒子懸濁膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構成を利用して表面プラズモンを形成する方法。
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