TWI543929B - 一種奈米級微結構的製備方法 - Google Patents

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Description

一種奈米級微結構的製備方法
本發明涉及一種微結構的製備方法，尤其涉及一種奈米級微結構的製備方法。
在先前技術中，製作各種半導體設備時，常需要製作具有數十奈米到數百奈米的微結構。具有上述微結構的製作方法主要有電子束的光刻方法、電漿蝕刻法等。然，上述方法均需要大型的設備和儀器，工藝較複雜，時間較長，並且尺寸難以做到奈米級尺寸。
有鑒於此，提供一種工藝簡單的微結構的製備方法實為必要。
一種奈米級微結構的製備方法，其包括：提供一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括複數有序排列的奈米碳管；將所述奈米碳管結構懸空設置，並在所述奈米碳管結構的表面設置一預製層，使每個奈米碳管表面的預製層的厚度為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構；將所述奈米碳管複合結構轉移至一基板的表面，並通過一溶劑對所述奈米碳管複合結構進行處理使所述奈米碳管複合結構貼附在所述基板的表面；及，將處理後的奈米碳管複合結構在500攝氏度~700攝氏度的溫度下進行退火，去除所述奈米碳管結構，所述預製層在該溫度下變為熔融態，該熔融態的預製層經過收縮，形成複數相互間隔的顆粒狀微結構。
一種奈米級微結構的製備方法，其包括：提供一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括複數有序排列的奈米碳管；將所述奈米碳管結構懸空設置，在所述奈米碳管結構的表面依次設置一第一預製層及一第二預製層，使每個奈米碳管表面的第一預製層與第二預製層的厚度之和為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構；將所述奈米碳管複合結構轉移至一基板的表面，並將所述奈米碳管複合結構通過一溶劑處理使所述奈米碳管複合結構貼附在所述基板的表面；及，將處理後的奈米碳管複合結構在500攝氏度~700攝氏度的溫度下進行退火，去除所述奈米碳管結構，所述第一預製層與第二預製層在該溫度下變為熔融態，熔融態的第一預製層與第二預製層經過收縮，形成複數相互間隔的顆粒狀微結構。
相較於先前技術，本發明所述奈米級微結構的製備方法通過在奈米碳管結構的表面設置預製層，然後去除所述奈米碳管結構，使得所述預製層收縮成複數相互間隔且均勻分佈的微結構。由於將所述奈米碳管結構作為模板，因而可實現大面積製備定向排列的微結構。該製備方法簡單、效率高，且易於產業化。
圖1為本發明第一實施例提供的所述微結構的製備方法的流程圖。
圖2為本發明採用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。
圖3為本發明採用的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖4為本發明採用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。
圖5及圖6為本發明第一實施例提供的微結構的掃描電鏡照片。
圖7為本發明第一實施例提供的發光二極體的結構示意圖。
圖8為圖7所述發光二極體設置不同的微結構後的發光效率對比圖。
圖9為圖7所述發光二極體與普通的發光二極體在不同的激勵電流下的發光效率的對比圖。
圖10為圖7所述發光二極體與普通的發光二極體在0.1A的激勵電流下的發光效率曲線的對比圖。
圖11為本發明第二實施例所述微結構的結構示意圖。
圖12為本發明第二實施例所述微結構的掃描電鏡照片。
以下將結合附圖對奈米級微結構及其製備方法的各個實施例作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種奈米級微結構的製備方法，其包括以下步驟：
步驟S10，提供一奈米碳管結構110，該奈米碳管結構110包括複數有序排列的奈米碳管；
步驟S20，將所述奈米碳管結構110懸空設置；
步驟S30，在所述奈米碳管結構110的表面設置一預製層120，使每個奈米碳管表面的預製層120的厚度為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構130；
步驟S40，將所述奈米碳管複合結構130轉移至一基板140的表面，並通過一溶劑對所述奈米碳管複合結構130進行處理使所述奈米碳管複合結構130貼附在所述基板140的表面；及
步驟S50，將處理後的奈米碳管複合結構130在500攝氏度~700攝氏度的溫度下進行退火，去除所述奈米碳管結構110，所述預製層120在該溫度下被軟化，該軟化的預製層120經過收縮，形成複數相互間隔的顆粒狀微結構150。
在步驟S10中，所述奈米碳管結構110中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述奈米碳管結構110中的奈米碳管平行於所述奈米碳管結構110的表面。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~15奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管的長度大於50微米。優選地，該奈米碳管的長度為200~900微米。
所述奈米碳管結構110包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。所述奈米碳管膜包括複數均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管膜中的複數奈米碳管沿一個方向延伸，該複數奈米碳管組成複數奈米碳管束，所述奈米碳管的延伸方向平行於所述奈米碳管膜的表面。具體地，該奈米碳管膜可包括一奈米碳管拉膜。該奈米碳管線狀結構包括至少一非扭轉的奈米碳管線、至少一扭轉的奈米碳管線或其組合。當所述奈米碳管線狀結構包括複數非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線時，該非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線可以相互平行呈一束狀結構，或相互扭轉呈一絞線結構。請參閱圖2，具體地，該奈米碳管拉膜包括複數連續且定向排列的奈米碳管束。該複數奈米碳管束通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管束包括複數相互平行的奈米碳管，該複數相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管束的直徑為10奈米~200奈米。該奈米碳管拉膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。當所述奈米碳管結構110僅包括單層奈米碳管拉膜時，該奈米碳管拉膜中相鄰的奈米碳管片段之間具有孔隙，其中，該孔隙的尺寸為1奈米~0.5微米。可以理解，在由複數奈米碳管拉膜組成的奈米碳管結構110中，相鄰二奈米碳管拉膜中的奈米碳管的排列方向有一夾角α，且0°≦α≦90°，從而使相鄰兩層奈米碳管拉膜中的奈米碳管相互交叉組成一網狀結構，該網狀結構包括複數微孔，該複數微孔均勻且規則分佈於奈米碳管結構中，其中，該微孔直徑為1奈米~0.5微米。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.01微米~100微米。所述奈米碳管拉膜可以通過拉取一奈米碳管陣列直接獲得。所述奈米碳管拉膜的結構及其製備方法請參見范守善等人於2007年2月12日申請的，於2010年7月11日公告的第I327177號台灣公告專利“奈米碳管薄膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，然上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
請參閱圖3，該非扭轉的奈米碳管線包括複數沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。
所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖4，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。
所述奈米碳管線狀結構及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，及於2005年12月16日申請的，於2009年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利申請“奈米碳管絲及其製作方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部份。
本實施例中，所述奈米碳管結構110為單層奈米碳管拉膜，所述奈米碳管拉膜直接從生長好的奈米碳管陣列拉取得到，該奈米碳管結構110中的複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿同一方向排列。
所述奈米碳管結構110中複數奈米碳管通過凡得瓦力緊密連接形成一自支撐結構。所謂自支撐結構係指該結構可以無需一基底而保持一特定的膜狀結構。因而，當將所述奈米碳管結構110懸空設置時，所述奈米碳管結構110具有自支撐性而可部分懸空設置。
在步驟S20中，所述奈米碳管結構110可通過一框架112固定，位於框架112內部的部分懸空設置，從而使得奈米碳管結構110充分暴露，以利於後續的在其表面設置所述預製層120。所述框架112為一中空的結構，具有一通孔。所述奈米碳管結構110的邊緣可固定於所述框架112中，位於中間的部分通過所述通孔暴露出來且懸空設置。通過所述框架112，使得所述奈米碳管結構的邊緣能夠牢固的固定，並保持位於通孔位置處的奈米碳管結構110充分暴露。本實施例中，所述框架112為一“口”字形的邊框，所述奈米碳管結構110的邊緣通過所述邊框固定。
可以理解，所述奈米碳管結構110懸空設置的方式也可以為其他手段，比如金屬網柵、具有中空結構的盤子等，只要實現使奈米碳管結構110懸空即可。
在步驟S30中，通過電子束蒸鍍法將所述預製層120沈積於所述奈米碳管結構110的表面。可以理解，所述沈積的方法不限於上述列舉的方法，還可以為磁控濺射法、原子層沈積法等物理氣相沈積法，只要保證所述預製層120在沈積的過程中不破壞所述奈米碳管結構110的形態和結構即可。
所述奈米碳管結構110具有相對的兩個表面(圖未標)，由於所述奈米碳管結構110懸空設置，因而所述奈米碳管結構110的兩個表面均被所述預製層120覆蓋。具體的，該預製層120包覆所述奈米碳管結構110中複數奈米碳管的至少部分表面。所述奈米碳管結構110包括複數微孔結構，可以理解，所述微孔結構中也可分佈有所述預製層120。所述奈米碳管結構110中的奈米碳管與所述預製層120緊密結合，形成一整體的奈米碳管複合結構130。其中，所述奈米碳管結構110對所述預製層120起到支撐作用。本實施例中，所述奈米碳管結構110中複數奈米碳管被所述預製層120完全包覆。
所述預製層120的材料可為金、銀、鎳、鈦、鐵、鋁、鉑、鈀、鉻、鉬、鎢、銅等金屬、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉿等金屬氧化物、或者金屬硫化物等中的至少一種。可以理解，所述預製層120的材料不限於上述列舉材料，還可以為二氧化矽等非金屬氧化物等，只要可以沈積於所述奈米碳管結構的表面，且在後續的退火過程中不被空氣氧化，並在該退火過程中可實現軟化及收縮聚集即可。所述預製層120的厚度不限，可為2奈米~10奈米，優選的，為2奈米~5奈米。
本實施例中，通過電子束蒸鍍法在所述奈米碳管結構110的表面設置預製層120，所述預製層120的材料為金，所述預製層120的厚度為2奈米。
在步驟S40中，將所述框架和所述奈米碳管複合結構130一起轉移至所述基板140的表面，再移除所述框架。此時，所述奈米碳管複合結構130與所述基板140之間並非完全緊密接觸，部分的奈米碳管複合結構130與所述基板140之間存在空氣。
當向所述奈米碳管複合結構130的表面滴加溶劑，所述溶劑會浸潤所述奈米碳管複合結構130，軟化所述奈米碳管複合結構130，並將所述奈米碳管複合結構130與所述基板140之間的空氣排出。當所述溶劑被去除後，所述奈米碳管複合結構130與所述基板140的表面形成緊密的接觸，從而使得在後續的退火過程中形成的微結構150緊密結合於所述基板140的表面。
所述溶劑可為水、有機溶劑等。所述有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本實施例中，所述溶劑為乙醇，通過將所述乙醇滴加於所述奈米碳管複合結構130的表面，然後自然風乾，使得所述奈米碳管複合結構130緊密貼附於所述基板140。
所述基板140的材料不限，可為絕緣基板、金屬基板或者半導體基板，只要所述基板140在後續的退火過程中，不與所述預製層120發生反應，且該基底在500攝氏度至700攝氏度不發生物理或化學變化即可。本實施例中，所述基板140為矽基板。
在步驟S50中，通過將處理後的奈米碳管複合結構130在空氣中退火，所述奈米碳管結構110在高溫條件下與空氣中的氧氣發生氧化反應而被去除。所述預製層120在高溫下會被軟化。所述“軟化”係指由於所述預製層120的厚度較小，當處於高溫時所述預製層120吸收熱量而由固態變為一近似熔融的液態。同時由於作為支撐體的奈米碳管結構被去除，因而根據能量最低的原則，該軟化的預製層120會收縮並聚集，最終室溫下形成複數相互間隔的微結構150。
由於所述奈米碳管複合結構130緊密結合於所述基板140的表面，當經過退火處理後，該形成的複數微結構150與所述基板140通過凡得瓦力緊密結合而形成一一體結構。
相鄰數個所述微結構150進行虛擬連接後的整體形態相當於所述奈米碳管結構110中奈米碳管的單根形態。即，所述複數微結構150相互間隔，並沿複數直線延伸。具體的，當所述奈米碳管結構110為單層奈米碳管拉膜或奈米碳管線狀結構時，所述奈米碳管拉膜或奈米碳管線狀結構包括複數奈米碳管沿同一方向擇優取向排列，則得到的複數微結構150相互間隔排列，並沿奈米碳管的方向延伸，從而實現微結構的定向排列。當所述奈米碳管結構110為交叉重疊的複數奈米碳管拉膜時，得到的複數微結構150中相鄰的微結構150沿不同的方向間隔排列。可以理解，當採用正向交叉的奈米碳管拉膜作為奈米碳管結構時，得到的所述複數微結構150沿兩個垂直的方向間隔排列，如呈陣列式或棋盤狀排列。
所述退火條件的選擇除了考慮所述奈米碳管結構110的氧化溫度，還要考慮所述基板140的形變溫度。具體的，所述退火的溫度要高於所述奈米碳管結構110的氧化溫度，而低於所述基板140的形變溫度，所述退火的時間要保證所述奈米碳管結構110被完全去除，同時使所述預製層120軟化。此時，由於所述基板140耐高溫，因而所述基板140不發生熔融等物理或化學變化。具體的，比如所述預製層120的材料為金、銀、鈦、鎳等金屬、氧化鉿等金屬氧化物或二氧化矽等非金屬氧化物，所述退火的溫度選擇為500攝氏度~700攝氏度，所述退火的時間為5分鐘~60分鐘。可以理解，由於所述預製層120的厚度很小，因而在500攝氏度~700攝氏度的溫度下，所述預製層120會被軟化，最終發生進一步的收縮聚集而形成微球顆粒。
可以理解，在所述奈米碳管結構110相同的情況下，所述微結構150的尺寸及間距與所述預製層120的厚度，所述退火的時間，及退火的溫度有關。具體來說，所述預製層120的厚度越小，所述退火的溫度越高，所述退火的時間越短，形成的微結構150的尺寸越小，相鄰的微結構150之間的間距越大。
所述微結構150的形狀為類球形或球形。所述微結構150的尺寸大小為10奈米~300奈米，優選的，為20奈米~100奈米。在奈米碳管的延伸方向上相鄰的兩個微結構之間的間距為10奈米~300奈米，優選的，為20奈米~100奈米。所述微結構150在垂直於所述預製層120的表面的方向上的尺寸定義為微結構150的高度。所述微結構150的高度為30奈米~50奈米。
本實施例中，所述退火的溫度為600攝氏度，所述退火的時間為30分鐘。請參閱圖5及圖6，所述微結構150呈顆粒狀分佈，相鄰的二微結構150相互間隔，該複數微結構150沿奈米碳管的延伸方向排列。其中，所述微結構150的尺寸為20奈米~100奈米，在奈米碳管的延伸方向上相鄰的二微結構150的間距為20奈米~200奈米，所述微結構150的高度為40奈米。
本實施例提供的所述微結構150的製備方法，通過在奈米碳管結構110的表面設置預製層120，然後進行退火處理，去除所述奈米碳管結構後，使得被軟化的所述預製層120收縮成複數相互間隔且均勻分佈的微結構150。由於本方法以奈米碳管結構110為模板，因而該複數微結構150沿著奈米碳管的延伸方向排列，從而實現大面積製備定向排列的微結構。並且，所述微結構150通過凡得瓦力與所述基板140緊密結合而成一體結構，因而該微結構150不易脫落，方便工業化應用。該製備方法簡單、效率高，且易於產業化。
本發明第一實施例還提供一種微結構層250，所述微結構層250由複數相互間隔的微結構150組成，所述複數微結構150沿複數直線延伸。所述直線延伸的方向為所述奈米碳管的延伸方向。可以理解，從微奈米的尺寸上看，所述複數微結構150沿複數直線延伸並非指所述複數微結構150嚴格的沿直線延伸，係指該複數微結構150基本沿直線延伸。所述微結構150為類球形顆粒，該微結構150的橫截面可為橢圓形、類三角形等不規則的形狀。所述微結構150的尺寸為10奈米~300奈米，優選為20奈米~100奈米。在所述直線的延伸方向上相鄰的兩個微結構150之間的間距為10奈米~300奈米，優選為20奈米~100奈米。所述微結構150的高度為30奈米~50奈米。所述微結構150的材料可為金、銀、鎳、鈦等金屬、氧化鉿等金屬氧化物或二氧化矽等非金屬氧化物等。本實施例中，所述微結構150的尺寸為20奈米~100奈米，在所述直線延伸的方向上相鄰的兩個微結構150的間距為20奈米~200奈米，所述微結構150的高度為40奈米，所述微結構150的材料為金。所述微結構層設置於一基板140的表面，並通過凡得瓦力與所述基板140緊密結合而成一一體結構。
請參閱圖7，本發明第一實施例還提供一種發光二極體200，其包括：一基底210、一第一半導體層220、活性層230、第二半導體層240、一第一電極222、一第二電極242、一微結構層250及一透明導電層260。所述第一半導體層220、活性層230及第二半導體層240依次層疊設置於所述基底210的表面。所述第一電極222設置於所述第一半導體層220的表面。所述第二電極242和微結構層250設置於所述第二半導體層240的表面。所述透明導電層260與所述第二電極242電連接。
所述基底210具有支撐的作用。所述基底210的厚度為300-500微米，其材料包括藍寶石、砷化鎵、磷化銦、偏鋁酸鋰、鎵酸鋰、氮化鋁、矽、碳化矽及氮化矽等材料中的一種。本實施例中，所述基底210的厚度為400微米，其材料為藍寶石。
所述活性層230與第二半導體層240依次設置於所述第一半導體層220的表面。具體地，所述第一半導體層220包括一第一表面224與一第二表面226，該第一半導體層220的第一表面224與第二表面226具有不同的高度，所述活性層230與第二半導體層240依次設置於第一表面224，形成台階結構。可以理解，所述第一半導體層220的第一表面224與第二表面226可位於同一平面，此時，所述活性層230與第二半導體層240依次設置於所述基底210的部分表面，形成一台階結構。
所述第一半導體層220、第二半導體層240為N型半導體層或P型半導體層兩種類型。具體地，當該第一半導體層220為N型半導體層時，第二半導體層240為P型半導體層；當該第一半導體層220為P型半導體層時，第二半導體層240為N型半導體層。所述N-半導體層用於提供電子，所述P型半導體層起到提供電洞的作用。N型半導體層的材料包括N-氮化鎵、N-砷化鎵及N-磷化銅等材料中的一種。P型半導體層的材料包括P-氮化鎵、P-砷化鎵及P-磷化銅等材料中的一種。所述第一半導體層220的厚度分別為1微米~5微米。所述第二半導體層240的厚度為0.1微米~3微米。本實施例中，所述第一半導體層220為N型半導體層，該第一半導體層220的厚度為2微米，材料為N型氮化鎵。所述第二半導體層240為P型半導體層，該第二半導體層240的厚度為0.3微米，材料為P型氮化鎵。
所述活性層230為包含一層或複數層量子阱層的量子阱結構(Quantum Well)。所述活性層230用於提供光子。所述活性層230的材料包括氮化鎵、氮化銦鎵、氮化銦鎵鋁、砷化稼、砷化鋁稼、磷化銦鎵、磷化銦砷及砷化銦鎵中的一種或幾種，其厚度為10奈米~0.6微米。本實施例中，所述活性層230為兩層結構，包括一氮化銦鎵層及一氮化鎵層，所述活性層230厚度為0.3微米。
所述微結構層250設置於所述透明導電層260與所述第二電極242之間。所述微結構層250覆蓋所述第二半導體層240的部分表面。具體的，所述微結構層250由複數相互間隔的微結構150組成。所述複數微結構150沿複數直線延伸。所述複數微結構150設置於所述第二半導體層240的表面。
所述微結構150的尺寸為10奈米~300奈米，優選為20奈米~100奈米。在所述直線的延伸方向上相鄰的兩個微結構150之間的間距為10奈米~300奈米，優選為20奈米~100奈米。所述微結構150的高度為30奈米~50奈米。所述微結構150的材料可為金、銀、鎳、鈦等金屬、氧化鉿等金屬氧化物或二氧化矽等非金屬氧化物。
所述透明導電層260設置於所述微結構層250的表面，並覆蓋所述第二電極242。所述透明導電層可為金屬雙層結構。本實施例中，所述透明導電層為2奈米的鎳層和5奈米的金層。
所述第一電極222、第二電極242分別與所述第一半導體層220、第二半導體層240電連接。所述第一電極222、第二電極242可以為N型電極或P型電極兩種類型。所述第一電極222、第二電極242的類型分別與第一半導體層220、第二半導體層240的類型相同。本實施例中，所述第一電極222為N型電極，所述第二電極242為P型電極。
當所述發光二極體200處於工作狀態時，第二電極242有少量電洞產生，第一電極222有少量電子產生。第二電極242產生的一部分電洞經由透明導電層260到達第二半導體層240，並誘發第二半導體層240使其產生大量的電洞；同時，第二電極242產生的另一部分電洞從第二電極242開始，依次經過透明導電層260、微結構層250到達第二半導體層240，並誘發第二半導體層240使其產生大量的電洞；之後，這些電洞移動至活性層230。其中，透明導電層260與第二半導體層240直接電連接，有利於電流的橫向分散及均勻分佈，進而提高發光二極體20的光的取出效率。電子從第一電極222移動至第一半導體層220，並誘發第一半導體層220產生大量的電子；之後，電子移動至活性層230。這些電洞和電子在活性層230相遇，並發生撞擊，產生光子。
大部分的光子經過第二半導體層240，到達微結構層250。由於所述微結構層250由複數相互間隔的微結構150組成，該微結構150沿複數直線延伸排列，因而具有光學偏振效果。請參閱圖8，定義所述微結構150沿複數直線延伸排列的方向為一第二方向，垂直於所述第二方向的方向為一第一方向。由於複數微結構150沿預定的方向排列，從該發光二極體發射出的光具有一定的偏振性，並且，通過蒸鍍厚度為5奈米的金，由於形成的微結構的顆粒直徑較大，排列較為密集，其對應的光學偏振效果，比所述蒸鍍厚度為2奈米的金所形成的微結構的光學偏振效果好。
並且，當這部分的光到達所述微結構層250，會發生散射，從而改變光的出射方向，從而實現了發光二極體200的大角度光的取出，提高了發光二極體200的光取出效率。由此可見，所述發光二極體200既能夠實現偏振光的出射，並且能夠提高該偏振光的光取出效率。請參閱圖9，在不同的激勵電流下，所述發光二極體200的發光效率相對於普通的發光二極體高。請參閱圖10，在0.1A的激勵電流下，所述發光二極體200的發光效率相對於普通的發光二極體提高約40%。
本發明第二實施例提供一種微結構的製備方法，其包括以下步驟：
步驟S11，提供一奈米碳管結構110，該奈米碳管結構110包括複數有序排列的奈米碳管；
步驟S21，將所述奈米碳管結構110懸空設置；
步驟S31，在所述奈米碳管結構110的表面依次設置一第一預製層121及一第二預製層122，使每個奈米碳管表面的第一預製層121與第二預製層122的厚度之和為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構131；
步驟S41，將所述奈米碳管複合結構131轉移至一基板140的表面，並將所述奈米碳管複合結構131通過一溶劑處理使所述奈米碳管複合結構131貼附在所述基板的表面；及
步驟S51，將處理後的奈米碳管複合結構130在500攝氏度~700攝氏度的溫度下進行退火，去除所述奈米碳管結構110，所述第一預製層121與第二預製層122在該溫度下被軟化，軟化的第一預製層121與第二預製層122經過收縮，聚集成複數相互間隔的顆粒狀微結構151。
該第二實施例所述奈米級微結構的製備方法與第一實施例所述奈米級微結構的製備方法基本相同，不同在於，步驟S31中在奈米碳管結構110的表面依次設置第一預製層121及第二預製層122，及步驟S51中形成的微結構151。
在步驟S31中，可通過電子束蒸鍍法將所述第一預製層121及第二預製層122依次沈積於所述奈米碳管結構110的表面。可以理解，所述沈積的方法不限於上述列舉的方法，還可以為磁控濺射法、原子層沈積法等物理氣相沈積法，只要保證所述第一預製層121及第二預製層122在沈積的過程中不破壞所述奈米碳管結構110的形態和結構即可。
所述第一預製層121包覆所述奈米碳管結構110中複數奈米碳管的至少部分表面。所述第二預製層122包覆所述第一預製層121。可以理解，所述第一預製層121及第二預製層122均為一連續的層狀結構。所述第一預製層121位於所述奈米碳管結構110與所述第二預製層122之間。
所述第一預製層121及第二預製層122為不同的材料，可為金、銀、鎳、鈦、鐵、鋁、鉑、鈀、鉻、鉬、鎢、銅等金屬、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、氧化鉿等金屬氧化物、或者金屬硫化物。可以理解，所述第一預製層121及第二預製層122的材料不限於上述列舉材料，還可以為二氧化矽等非金屬氧化物等，只要可以沈積於所述奈米碳管結構的表面即可。可以理解，所述第二預製層122的材料的選擇需要考慮其在後續的退火步驟中不被氧化。所述第一預製層121及第二預製層122的厚度不限，可為2奈米~10奈米，優選的，為2奈米~5奈米。
本實施例中，通過電子束蒸鍍法在所述奈米碳管結構110的表面設置第一預製層121及第二預製層122，所述第一預製層121及第二預製層122的材料分別為銀和二氧化矽，所述第一預製層121及第二預製層122的厚度分別均為2奈米。
在步驟S51中，經過退火後，所述奈米碳管結構110發生氧化反應而被去除。此時，所述第一預製層121及第二預製層122在高溫下被軟化，根據能量最低的原則，該軟化的第一預製層121及第二預製層122會收縮並聚集，最終室溫下形成複數相互間隔的微結構151。所述微結構151沿複數直線延伸。
請參閱圖11，所述微結構151包括一內核1510及一外殼1512。所述外殼1512包覆所述內核1510而形成一核殼結構。所述內核1510為一類球形的實體結構，所述外殼1512為一層狀的實體結構。所述外殼1512與所述內核1510緊密接觸而成一一體的微球結構。所述內核1510及外殼1512分別為所述第一預製層121及第二預製層122高溫下收縮聚集而成。可以理解，所述外殼1512包覆於所述內核1510的表面，可以起到保護所述內核1510的作用，避免所述內核1510在退火的過程中被氧化。
本實施例中，所述微結構151的內核為銀，外核為二氧化矽，所述退火的溫度為60分鐘，退火的時間為30分鐘。請參閱圖12，所述微結構151呈顆粒狀均勻分佈，相鄰的兩個微結構151相互間隔。所述微結構151的尺寸為10奈米~100奈米，優選的，40奈米~100奈米。在所述直線的延伸方向上相鄰的兩個微結構151之間的間距為20奈米~100奈米，優選為50奈米~100奈米。所述微結構151的高度為30奈米~50奈米，優選為40奈米。
所述微結構151的介電常數ε0 介於所述第一預製層121的材料的介電常數ε1 與所述第二預製層122的材料的介電常數ε2 之間。因而可通過選擇所述第一預製層121和所述第二預製層122的材料，而可得到具有預定的介電常數的微結構。並且，當微結構151的內核為銀、金等金屬，外殼為二氧化矽等介質層時，將介質和金屬材料一起所構成的球殼微結構應用於波導傳播，在波導傳播中表面等離激元模式可以在介質和金屬的介面處穩定傳播，從而避免了金屬對光訊號較大的吸收，可以避免光訊號衰減，延長傳輸距離。
請一併參閱圖11及圖12，本發明第二實施例還提供一種微結構層，所述微結構層由複數相互間隔的微結構151組成，所述複數微結構151沿複數直線延伸。所述微結構151包括一內核1510及一外殼1512。所述外殼1512包覆所述內核1510而形成一核殼的微球結構。所述微結構層設置於一基板（圖未示）的表面，並通過凡得瓦力與所述基板緊密結合而成一一體結構。
通過在奈米碳管結構110的表面設置第一預製層121及第二預製層122，然後經過退火處理，去除奈米碳管結構而得到複數定向排列的微結構，所述微結構151為由內核和外殼組成的核殼結構。該製備方法工藝簡單，成本低廉。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
110‧‧‧奈米碳管結構
112‧‧‧框架
120‧‧‧預製層
130，131‧‧‧奈米碳管複合結構
140‧‧‧基板
150，151‧‧‧微結構
200，300‧‧‧發光二極體
210，310‧‧‧基底
220，320‧‧‧第一半導體層
222，322‧‧‧第一電極
224，324‧‧‧第一表面
226，326‧‧‧第二表面
230，330‧‧‧活性層
240，340‧‧‧第二半導體層
242，342‧‧‧第二電極
250‧‧‧微結構層
260，360‧‧‧透明導電層
121‧‧‧第一預製層
122‧‧‧第二預製層
1510‧‧‧內核
1512‧‧‧外殼
無
110‧‧‧奈米碳管結構
112‧‧‧框架
120‧‧‧預製層
130‧‧‧奈米碳管複合結構
140‧‧‧基板
150‧‧‧微結構

Claims (19)

  1. 一種奈米級微結構的製備方法，其包括：
    提供一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括複數有序排列的奈米碳管；
    將所述奈米碳管結構懸空設置，並在所述奈米碳管結構的表面設置一預製層，使每個奈米碳管表面的預製層的厚度為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構；
    將所述奈米碳管複合結構轉移至一基板的表面，並通過一溶劑對所述奈米碳管複合結構進行處理使所述奈米碳管複合結構貼附在所述基板的表面；及
    將處理後的奈米碳管複合結構在500攝氏度~700攝氏度的溫度下在空氣中進行退火，去除所述奈米碳管結構，所述預製層在該溫度下變為熔融態，該熔融態的預製層經過收縮，形成複數相互間隔的顆粒狀微結構。
  2. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，通過電子束蒸鍍法、磁控濺射法或原子層沈積法將所述預製層沈積於所述奈米碳管結構的表面。
  3. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管結構為複數奈米碳管通過凡得瓦力結合形成的自支撐結構。
  4. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。
  5. 如請求項第4項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管線狀結構包括至少一非扭轉的奈米碳管線、至少一扭轉的奈米碳管線或其組合。
  6. 如請求項第5項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向平行排列，所述扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管沿該扭轉的奈米碳管線長度方向呈螺旋狀排列。
  7. 如請求項第4項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管結構包括複數層疊設置的奈米碳管膜。
  8. 如請求項第7項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管膜包括複數首尾相連且沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管。
  9. 如請求項第4項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管結構中複數奈米碳管沿一個方向延伸，該複數奈米碳管組成複數奈米碳管束，所述預製層包覆所述複數奈米碳管束的至少部分表面。
  10. 如請求項第9項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述奈米碳管束的直徑範圍為10奈米~200奈米。
  11. 如請求項第9項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述預製層完全包覆所述奈米碳管結構中的複數奈米碳管。
  12. 如請求項第9項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述微結構沿奈米碳管延伸的方向相互間隔排列。
  13. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述預製層的材料為金屬、金屬氧化物、金屬硫化物或者非金屬氧化物。
  14. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述溶劑為水、乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
  15. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述退火的時間為5分鐘~60分鐘。
  16. 如請求項第1項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述微結構為類球形或球形顆粒，所述微結構的尺寸大小為20奈米~100奈米。
  17. 一種奈米級微結構的製備方法，其包括：
    提供一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括複數有序排列的奈米碳管；
    將所述奈米碳管結構懸空設置，在所述奈米碳管結構的表面依次設置一第一預製層及一第二預製層，使每個奈米碳管表面的第一預製層與第二預製層的厚度之和為2奈米~10奈米，而得到一奈米碳管複合結構；
    將所述奈米碳管複合結構轉移至一基板的表面，並將所述奈米碳管複合結構通過一溶劑處理使所述奈米碳管複合結構貼附在所述基板的表面；及
    將處理後的奈米碳管複合結構在500攝氏度~700攝氏度的溫度下進行退火，去除所述奈米碳管結構，所述第一預製層與第二預製層在該溫度下變為熔融態，熔融態的第一預製層與第二預製層經過收縮，聚集成複數相互間隔的顆粒狀微結構。
  18. 如請求項第17項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述第一預製層包覆所述奈米碳管結構中複數奈米碳管的至少部分表面，所述第二預製層包覆所述第一預製層。
  19. 如請求項第17項所述的奈米級微結構的製備方法，其中，所述微結構為奈米級，包括一內核及一外殼，所述外殼包覆所述內核。
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