專利名稱：一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)高的光抽取和透過(guò)效率，屬于納米科技領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
“光子晶體”是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工亞微米或納米結(jié)構(gòu)。由于介電常數(shù)存在空間上的周期性，引起空間折射率的周期變化，當(dāng)介電系數(shù)的變化足夠大且變化周期與光波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，光波的色散關(guān)系出現(xiàn)帶狀結(jié)構(gòu)，此即光子能帶結(jié)構(gòu)(Photonic Band structures)。這些被禁止的頻率區(qū)間稱為“光子頻率帶隙”(Photonic Band Gap，PBG)，頻率落在禁帶中的光或電磁波是被嚴(yán)格禁止傳播的。人們將具有“光子頻率帶隙”的周期性介電結(jié)構(gòu)稱作為光子晶體(Photonic Crystals)。光子晶體是一新興的前沿領(lǐng)域，在新的納米技術(shù)、光計(jì)算機(jī)、芯片等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
由于具有自發(fā)光、廣視角、高亮度.與低耗電等優(yōu)點(diǎn)特性，OLED(有機(jī)發(fā)光二極管，Organic Light-Emitting Diodes)有著廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)光效率是衡量OLED性能的重要指標(biāo)之一。為了提高OLED的輸出耦合效率，人們采取了多種方案。如圖1所示的二維正方排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)對(duì)光波具有明顯的增透效果，已經(jīng)在很多方面得到證實(shí)。例如利用這種正方排列的反向空洞結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)二維平板結(jié)構(gòu)的InGaAs發(fā)光結(jié)構(gòu)以及OLED(有機(jī)發(fā)光二極管，Organic Light-Emitting Diodes)結(jié)構(gòu)的光抽取效率在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)得到了證明；同時(shí)，該結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)LED的光抽取效率也已經(jīng)在理論上得到了支持。但是現(xiàn)有的二維正方排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜對(duì)光的抽取效率沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)化，設(shè)計(jì)出效率更高的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)是這一領(lǐng)域關(guān)注的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2中，d是光子晶體的周期；h是光子晶體厚膜厚度；f是光子晶體的填充因子；r是光子晶體的空隙因子。亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜從結(jié)構(gòu)上可以描述為厚度為h的介質(zhì)材料，以d為周期，進(jìn)行二維平面上的填充和空隙周期性排列。λ是光的波長(zhǎng)，其中d/λ＜1，f+r＝1。對(duì)于邊長(zhǎng)為a的正方填充結(jié)構(gòu)、正方填充之間的空隙距離為b的光子晶體厚膜，f＝a/d，r＝b/d，占空比定義為f∶r。在實(shí)際制造工藝中，加工最小特征尺寸由a和b兩者的最小值決定，h值如果大于2倍d，加工工藝的難度增加。
如果邊長(zhǎng)為a的正方填充結(jié)構(gòu)以正方結(jié)構(gòu)排列，構(gòu)成已有的如圖1所示的二維正方排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在原有正方結(jié)構(gòu)排列的基礎(chǔ)上沿對(duì)角線方向交錯(cuò)插入另一套同周期的正方結(jié)構(gòu)，從而形成二維交錯(cuò)排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，即一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)。
根據(jù)光子晶體理論，亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)對(duì)光波增透效應(yīng)，是由于在結(jié)構(gòu)小于波長(zhǎng)的周期性結(jié)構(gòu)中存在光子能帶，亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)對(duì)光波的增透效率是由光子晶體對(duì)光波能帶密度決定的。本發(fā)明的一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，可以直觀看作為是二層二維正方排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜的錯(cuò)位疊加，因此增加了光子晶體對(duì)光波的能帶密度。
嚴(yán)格的仿真結(jié)果表明，本發(fā)明的交錯(cuò)排列陰陽(yáng)對(duì)稱光子晶體結(jié)構(gòu)與正方排列的結(jié)構(gòu)相比，交錯(cuò)排列結(jié)構(gòu)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)(1)增透效果可明顯提高10％～15％；(2)占空比為1∶1，具有更強(qiáng)的周期性，設(shè)計(jì)參數(shù)較正方排列簡(jiǎn)化，加工工藝較其它占空比的正方排列結(jié)構(gòu)容易；


圖1二維正方排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)圖2二維交錯(cuò)排列的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)俯視3(a)OLED結(jié)構(gòu)視圖(b)正方以及交錯(cuò)排列的正方柱狀光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)圖4正方排列亞波長(zhǎng)OLED相對(duì)光抽取效率隨周期及正方柱高度的變化圖5交錯(cuò)排列亞波長(zhǎng)OLED相對(duì)光抽取效率隨周期及正方柱高度的變化具體實(shí)施方式
采用標(biāo)準(zhǔn)的微米/納米加工方法。首先通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的電子束曝光技術(shù)制作具有設(shè)計(jì)圖案的掩膜版，利用光刻技術(shù)通過(guò)掩膜曝光將圖形轉(zhuǎn)印到涂在襯底基片表面的光刻膠上，再通過(guò)離子束刻蝕將光刻膠表面圖形轉(zhuǎn)移到襯底基片上，形成具有設(shè)計(jì)圖案的新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)。也可以采用納米壓印技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)控制的電子束直接寫(xiě)入設(shè)備，制備具有設(shè)計(jì)圖案的壓印模版，采用標(biāo)準(zhǔn)的納米壓印技術(shù)，將圖形轉(zhuǎn)印到涂在襯底基片表面的光刻膠上，再通過(guò)離子束刻蝕將光刻膠表面圖形轉(zhuǎn)移到襯底基片上，形成具有設(shè)計(jì)圖案的一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)。
應(yīng)用舉例1在圖3中顯示了本結(jié)構(gòu)和正方排列結(jié)構(gòu)應(yīng)用在OLED中的實(shí)例及對(duì)比。為了提高光抽取效率，在氧化銦與氧化錫復(fù)合透明陽(yáng)極(ITO)結(jié)構(gòu)上分別建立正方排列以及交錯(cuò)排列的正方柱狀光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)。因?yàn)镮TO結(jié)構(gòu)表面缺陷會(huì)導(dǎo)致漏電流，所以引入SINx緩沖層，因?yàn)镾INx材料的折射率接近ITO同時(shí)為透明材料，所以通過(guò)在SINx材料上制成光子晶體亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可以減小對(duì)原有系統(tǒng)的影響。
影響正方排列光子晶體結(jié)構(gòu)對(duì)光抽取效率主要有三個(gè)參數(shù)1)光子晶體周期；2)正方柱的高度；3)正方柱的邊長(zhǎng)。對(duì)交錯(cuò)排列的陰陽(yáng)結(jié)構(gòu)而言，因?yàn)檎伎毡痊嵍?∶1，因此只有1)和2)兩個(gè)參數(shù)對(duì)光抽取效率有影響。圖4、圖5分別顯示了正方排列和交錯(cuò)排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)OLED相對(duì)光抽取效率隨周期及正方柱高度的變化?？梢钥闯?，OLED的相對(duì)光抽取效率隨著亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期的增大而增大，并且在周期接近入射波真空中波長(zhǎng)(0.56μm)的時(shí)候，相對(duì)光抽取效率達(dá)到最大。圖中結(jié)果顯示，正方結(jié)構(gòu)和交錯(cuò)結(jié)構(gòu)中，相對(duì)光抽取效率在圓柱高度為0.4μm，周期接近0.6μm的時(shí)候，分別達(dá)到1.69以及1.90，提高了12.4％。
應(yīng)用舉例2用在太陽(yáng)能電池表面，提高對(duì)太陽(yáng)光波的吸收率。在太陽(yáng)能電池表面的減反射膜上，直接壓印或腐蝕這種亞波長(zhǎng)增透的陰陽(yáng)結(jié)構(gòu)可減少太陽(yáng)光在表面的反射，增加透射，從而提高太陽(yáng)能電池對(duì)光波的利用效率。
權(quán)利要求
1.一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，其特征是正方柱狀的、周期性浮雕結(jié)構(gòu)、呈三角排列，具有陰陽(yáng)對(duì)稱性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，周期結(jié)構(gòu)的占空比為1∶1。
全文摘要
一種新型陰陽(yáng)對(duì)稱的亞波長(zhǎng)光子晶體厚膜增透結(jié)構(gòu)，涉及結(jié)構(gòu)的形狀和用途。它是二維交錯(cuò)排列的正方柱狀光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)，占空比為1∶1，具有明顯的增透效果。該結(jié)構(gòu)對(duì)光波的增透效果明顯高于現(xiàn)有的二維正方排列的光子晶體厚膜結(jié)構(gòu)，能用于例如OLED、太陽(yáng)能電池、平板照明等涉及提高光抽取效率或光透過(guò)效率的器件或裝置。本發(fā)明屬納米科技領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G02B1/10GK1924642SQ20051002921
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者李小麗, 陳杰, 王慶康 申請(qǐng)人:上海市納米科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)中心