專利名稱：納米減反薄膜或增透膜以及光學(xué)或光電器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及光學(xué)、光電技術(shù)領(lǐng)域的一種具有納米結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜以及使用該納米減小反射或增加透射薄膜的器件的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著光電技術(shù)的發(fā)展日新月異，納米材料獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。這一發(fā)展趨勢(shì)從納米技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展中可找到實(shí)例，如納米器件的研發(fā)迫切需要引入納米技術(shù)，利用納米效應(yīng)和全新理念來(lái)設(shè)計(jì)和制造新器件。組裝方法的逐步運(yùn)用使得納米技術(shù)向信息技術(shù)與能源等技術(shù)方向的拓展更加明顯。特別是近幾年在發(fā)光器件如白光、綠光、藍(lán)光、紅光等各色LED以及光探測(cè)器件如紅外、遠(yuǎn)紅外、可見(jiàn)光、紫外、深紫外輻射探測(cè)和監(jiān)控器件的領(lǐng)域，軍民兩方面迫切需要發(fā)展的包含納米技術(shù)的此類(lèi)發(fā)光和探測(cè)型的半導(dǎo)體光電器件。此外，隨著能源危機(jī)的日益突出， 人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和更加廣泛的重視太陽(yáng)能電池這一直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用的器件。上述無(wú)論發(fā)光器件、探測(cè)器件以及太陽(yáng)能電池等諸多類(lèi)型的光電器件都要求器件的能夠最高的光電或電光的轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)化光與電之間的轉(zhuǎn)換效率是提高器件性能關(guān)鍵所在。一般來(lái)講上述器件的表面都為平滑的半導(dǎo)體表面，這樣的半導(dǎo)體表面可反射大于 35%的入射光，光或電磁波損失十分嚴(yán)重。為減少光或電磁波反射，目前人們通常會(huì)采用下列的兩種方法一種是制作減反射膜或增透膜，其基本原理是利用光波或電磁波在減反射膜上下表面反射所產(chǎn)生的光程差，使得兩束反射光干涉相消，從而減弱反射，增加透射；另一種是半導(dǎo)體表面構(gòu)造處理，通過(guò)表面結(jié)構(gòu)化的斜角使得光線或電磁波能再次耦合到器件結(jié)構(gòu)層中，這樣的限制效應(yīng)提高光譜或電磁波的利用率，從而改善光電轉(zhuǎn)換效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提出一種納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其應(yīng)用在光學(xué)、光電等領(lǐng)域的器件，尤其是器件的采光窗口的光滑表面上時(shí)，可大幅降低該光滑表面的反射率，減小光或電磁波損失，從而提高器件實(shí)際使用效率。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案—種納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其特征在于，該方法為至少在光學(xué)或光電器件的采光窗口上采用透明納米材料組裝形成至少一層與采光窗口表面結(jié)構(gòu)層具有大于0°夾角的納米陣列結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜。進(jìn)一步地講，該方法中，是采用物理或化學(xué)沉積的方法在器件的采光窗口組裝形成納米陣列結(jié)構(gòu)的，所述物理或化學(xué)沉積的方法包括蒸發(fā)、濺射、激光沉積、旋涂、印刷、噴涂、CVD、PVD、VPD、化學(xué)水熱、化學(xué)微乳膠、化學(xué)溶膠凝膠、化學(xué)液相沉積中的任意一種或兩種以上的組合。進(jìn)一步地講，所述透明納米材料為氧化鋅、氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合。
優(yōu)選地，所述減反薄膜或增透膜主要由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成。優(yōu)選的，所述減反薄膜為復(fù)合減反薄膜或增透膜，其包括由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成的減反薄膜結(jié)構(gòu)以及由氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合形成的至少一層減反薄膜結(jié)構(gòu)。一種光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，該方法為至少在所述器件的采光窗口上采用透明納米材料組裝形成至少一層與采光窗口表面結(jié)構(gòu)層具有大于0°夾角的納米陣列結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜，從而提高入射光或電磁波進(jìn)入器件結(jié)構(gòu)層的區(qū)域和/或入射比例。進(jìn)一步地講，該方法中，是采用物理或化學(xué)沉積的方法在器件的采光窗口組裝形成納米陣列結(jié)構(gòu)的，所述物理或化學(xué)沉積的方法包括蒸發(fā)、濺射、激光沉積、旋涂、印刷、噴涂、CVD、PVD、VPD、化學(xué)水熱、化學(xué)微乳膠、化學(xué)溶膠凝膠、化學(xué)液相沉積中的任意一種或兩種以上的組合進(jìn)一步地講，所述透明納米材料為氧化鋅、氧化鈦、氧化硅、氮化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合。優(yōu)選地，所述減反薄膜或增透膜主要由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成。優(yōu)選地，所述減反薄膜為復(fù)合減反薄膜或增透膜，其包括由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成的減反薄膜結(jié)構(gòu)以及由氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合形成的至少一層減反薄膜結(jié)構(gòu)。


圖1是采用納米減反薄膜前的InP表面反射率曲線圖；圖2是采用本發(fā)明納米減反薄膜后的InP表面反射率曲線圖；圖3是采用納米減反薄膜前、后的InP表面反射率曲線圖；圖4是采用本發(fā)明納米減反薄膜前、后的AlInP表面反射率曲線圖。
具體實(shí)施例方式針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)、光電器件，比如半導(dǎo)體器件等的表面，尤其是其采光窗口的光滑表面反射率高的問(wèn)題，本案發(fā)明人特提出一種通過(guò)在光學(xué)、光電器件表面形成納米減反薄膜或增透膜，從而降低表面反射率，增加光或電磁波進(jìn)入器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)層，以便提高器件對(duì)光譜或電磁波的利用效率，實(shí)現(xiàn)較高的光或電磁波輸出功率或光探測(cè)靈敏度。
前述形成納米減反薄膜的方法具體為在器件的表面，特別是其全部或局部光窗口區(qū)域上利用透明材料組裝形成納米結(jié)構(gòu)，使其具有減小光或電磁波反射的功能。 進(jìn)一步地，所述納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用具有折射梯度的陣列結(jié)構(gòu)。所述納米陣列結(jié)構(gòu)優(yōu)選采用非平行器件表面的陣列結(jié)構(gòu)。前述透明材料可選自但不限于氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化銦、 氧化鋁、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦(ITO)、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或多種。優(yōu)選的，所述納米減反薄膜主要是由納米氧化鋅組裝形成的。更為優(yōu)選的，所述納米減反薄膜為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包含由氧化鋅組成的納米陣列結(jié)構(gòu)層以及由氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化銦、氧化鋁、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦(ITO)、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的一種或多種形成的單層或多層納米陣列結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明的納米減反薄膜可通過(guò)化學(xué)或物理沉積方式制備，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員所指的蒸發(fā)、濺射、激光沉積、旋涂、印刷、噴涂、CVD、PVD、VPD、化學(xué)水熱、化學(xué)微乳膠、化學(xué)溶膠凝膠、化學(xué)液相沉積等工藝。以下結(jié)合附圖一較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。該實(shí)施例涉及一類(lèi)光電轉(zhuǎn)換或光電探測(cè)器件，該類(lèi)器件的制備工藝參照下列方法，包括如下步驟但不僅限下面實(shí)例順序步驟1 在外延片上進(jìn)行表面和或其他臺(tái)面處理后制作所需導(dǎo)電電極，形成樣片；步驟2 對(duì)完成電極沉積的樣片進(jìn)行高溫合金或退火處理，使其滿足器件歐姆或肖特基接觸的要求；步驟3 對(duì)樣片的光窗口區(qū)利用透明材料(特別是ZnO)在表面組裝制備出納米陣列結(jié)構(gòu)已達(dá)到減小光譜或電磁波反射的效果，或?qū)⒈砻娼M裝納米陣列結(jié)構(gòu)與單層或單層以上沉積薄膜結(jié)合構(gòu)成復(fù)合減反結(jié)構(gòu)達(dá)到減小反射的效果；列舉其中幾種化學(xué)液相表面組裝制備出納米陣列結(jié)構(gòu)的方法，方法包括以下步驟方法一溶液配制將含有鋅酸鹽或含鋅化合物如乙酸鋅、乙酸鋅二水、硝酸鋅、 硫酸鋅、氯化鋅等制備成溶液，加入還原劑如氫氧化氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀不僅限于此等堿性液體，同時(shí)調(diào)節(jié)PH值至適當(dāng)數(shù)值優(yōu)選9 11，攪拌均勻，得到懸浮溶液，完成溶液配制。表面氧化鋅的納米陣列結(jié)構(gòu)組裝將樣品放入反應(yīng)容器內(nèi)，可選用但不限于高壓反應(yīng)釜，將配制好的溶液倒入其中，放置在適當(dāng)溫度環(huán)境下，如30°C 600°C，等待一定的時(shí)間使得化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，允許樣片表面組裝構(gòu)成ZnO納米結(jié)構(gòu)。方法二樣品準(zhǔn)備構(gòu)建表面引導(dǎo)層，在所用樣品的表面沉積催化劑金、鈷、錫、銅、鋅不僅限于此等催化劑，經(jīng)過(guò)處理后，完成樣品表面誘導(dǎo)層的構(gòu)建，待用。溶液配制將含有鋅酸鹽或含鋅化合物如乙酸鋅、乙酸鋅二水、硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅等制備成溶液，加入還原劑如氫氧化氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀不僅限于此等堿性液體， 同時(shí)調(diào)節(jié)PH值至適當(dāng)數(shù)值優(yōu)選9 11，攪拌均勻，得到懸浮溶液，完成溶液配制。表面氧化鋅的納米陣列結(jié)構(gòu)組裝將擁有表面誘導(dǎo)層的樣品放入反應(yīng)容器內(nèi)， 如高壓反應(yīng)釜但不僅限于高壓釜，將配制好的溶液倒入其中，放置在適當(dāng)溫度環(huán)境下，如30°C 600°C，或伴以適當(dāng)攪拌，等待一定的時(shí)間使得化學(xué)反應(yīng) 充分進(jìn)行，允許樣片表面組裝構(gòu)成ZnO納米結(jié)構(gòu)。方法三樣品準(zhǔn)備構(gòu)建表面種子層，在樣品表面涂覆多層含有鋅鹽的揮發(fā)性溶液，干燥后，經(jīng)過(guò)熱處理后完成種子層的構(gòu)建，待用。溶液配制將含有鋅酸鹽或含鋅化合物如乙酸鋅、乙酸鋅二水、硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅等制備成溶液，加入還原劑如氫氧化氨、氫氧化鈉、氫氧化鉀不僅限于此等堿性液體， 同時(shí)調(diào)節(jié)PH值至適當(dāng)數(shù)值優(yōu)選9 11，攪拌均勻，得到懸浮溶液，完成溶液配制。表面氧化鋅的納米陣列結(jié)構(gòu)組裝將完成種子層的樣品放入反應(yīng)容器內(nèi)，如高壓反應(yīng)釜但不僅限用高壓釜，將配制好的溶液倒入其中，放置在適當(dāng)溫度環(huán)境下，如30°C 600°C，或伴以適當(dāng)攪拌，等待一定的時(shí)間使得化學(xué)反應(yīng)充分進(jìn)行，允許樣片表面組裝構(gòu)成 ZnO納米結(jié)構(gòu)。步驟4 對(duì)完成上述工藝制備的器件進(jìn)行分割、引線和封裝。制備測(cè)試的反射譜曲線分別如圖1、圖2和圖3所示，從圖中可以觀察到，采用納米結(jié)構(gòu)層后反射率明顯降低，在InP材料制備氧化鋅納米結(jié)構(gòu)層后其反射率R從原來(lái)的30% 以上降低到低于5%，表1顯示了不同波長(zhǎng)的改變的幅度。在AlInP材料制備氧化鋅納米結(jié)構(gòu)層后其反射率從原來(lái)的30%以上降低到低約至10%左右(參閱圖4)。根據(jù)光電流的公
f P λ
式JPh = q η-Tl以及量子效率與反射率的關(guān)系式η - (ι-R)，可以得知反射率R的降低
I hvJ
后，量子效率n提高，光電電流增加，光與電之間的轉(zhuǎn)換將得以提高。表 權(quán)利要求
1.一種納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其特征在于，該方法為至少在光學(xué)或光電器件的采光窗口上采用透明納米材料組裝形成至少一層與采光窗口表面結(jié)構(gòu)層具有大于0°夾角的納米陣列結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其特征在于，該方法中， 是采用物理或化學(xué)沉積的方法在器件的采光窗口組裝形成納米陣列結(jié)構(gòu)的，所述物理或化學(xué)沉積的方法包括蒸發(fā)、濺射、激光沉積、旋涂、印刷、噴涂、CVD、PVD、VPD、化學(xué)水熱、化學(xué)微乳膠、化學(xué)溶膠凝膠、化學(xué)液相沉積中的任意一種或兩種以上的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其特征在于，所述透明納米材料為氧化鋅、氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米減反薄膜或增透膜的制備方法，其特征在于，所述減反薄膜主要由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米減反薄膜的制備方法，其特征在于，所述減反薄膜為復(fù)合減反薄膜或增透膜，其包括由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成的減反薄膜或增透膜結(jié)構(gòu)以及由氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化錫、氧化鎵、 摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、氧化鋅、 硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合形成的至少一層減反薄膜或增透膜結(jié)構(gòu)。
6.一種光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，該方法為至少在所述器件的采光窗口上采用透明納米材料組裝形成至少一層與采光窗口表面結(jié)構(gòu)層具有大于0°夾角的納米陣列結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜，從而提高入射電磁波進(jìn)入器件結(jié)構(gòu)層的區(qū)域和/或入射比例。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，該方法中，是采用物理或化學(xué)沉積的方法在器件的采光窗口組裝形成納米陣列結(jié)構(gòu)的，所述物理或化學(xué)沉積的方法包括蒸發(fā)、濺射、激光沉積、旋涂、印刷、噴涂、CVD、PVD、VPD、化學(xué)水熱、化學(xué)微乳膠、 化學(xué)溶膠凝膠、化學(xué)液相沉積中的任意一種或兩種以上的組合
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，所述透明納米材料為氧化鋅、氧化鈦、氧化硅、氮化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，所述減反薄膜或增透膜主要由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)或光電器件的制備方法，其特征在于，所述減反薄膜為復(fù)合減反薄膜或增透膜，其包括由具有折射梯度的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)組成的減反薄膜結(jié)構(gòu)以及由氧化鈦、氮化硅、氧化硅、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋁、氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化鎵、摻錫氧化銦、氟化摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻氟氧化錫、摻鋁氧化鋅、摻鎵氧化鋅、硫化鋅、硒化鋅和氟化鎂中的任意一種或兩種以上的組合形成的至少一層減反薄膜或增透膜結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米減反薄膜或增透膜以及光學(xué)或光電器件的制備方法。該方法為至少在光學(xué)或光電器件的采光窗口上采用透明納米材料組裝形成至少一層與采光窗口表面結(jié)構(gòu)層具有大于0°夾角的納米陣列結(jié)構(gòu)的減反薄膜或增透膜。本發(fā)明通過(guò)采用納米材料在器件表面進(jìn)行自組裝構(gòu)成表面減反薄膜層或增透膜層，并利用光或電磁波在納米結(jié)構(gòu)層中的折射和反射的綜合效應(yīng)，達(dá)到了光或電磁波多次耦合進(jìn)入器件結(jié)構(gòu)層中減小光或電磁波損失的目的，增強(qiáng)光或電磁波進(jìn)入器件的結(jié)構(gòu)層，從而提高了器件對(duì)光或電磁波能量的吸收利用。
文檔編號(hào)G02B1/11GK102169195SQ20111002496
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者張寶順, 張曉東, 李曉偉, 楊輝, 王榮新, 邢政 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所