專利名稱：紫外激光干涉灼蝕有機(jī)半導(dǎo)體激光器直寫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用紫外激光干涉灼蝕方法在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上直接寫出周期可控的ー維和ニ維有機(jī)半導(dǎo)體激光器。
背景技術(shù)：
光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器對(duì)于新的激光光源和未來(lái)電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)都有著重要的意義。而分布反饋式結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器的最佳結(jié)構(gòu)。目前，關(guān)于分布反饋式結(jié)構(gòu)的制作方法基本上基于紫外光浮離、納米壓印、電子束刻蝕、反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)等。然而，這些制作方法存在エ藝過(guò)程復(fù)雜、制備設(shè)備昂貴、效率低、成本高等問(wèn)題，極大地限制了光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器的廣泛應(yīng)用和實(shí)用技術(shù)開發(fā)。簡(jiǎn)單、成本低廉、重復(fù)性好的方法一直是光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器制備技術(shù)所追求的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種單脈沖曝光紫外激光干涉灼蝕方法直接寫出光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的方法，即將ー個(gè)高能量的紫外光脈沖經(jīng)分束和再次空間疊加后形成的干涉圖案直接作用于有機(jī)半導(dǎo)體薄膜表面，干涉圖案亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在瞬間被灼蝕掉，而干涉圖案暗條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜保留下來(lái)，形成一維或ニ維有機(jī)半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明中有機(jī)半導(dǎo)體激光器制備技術(shù)具體方案如下I)將突光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-60mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，旋涂速度為500-4000rpm，以轉(zhuǎn)速為IOOOrpm時(shí)為最佳,獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜,薄膜的厚度為50-500nm ；3)將強(qiáng)紫外激光干涉圖案與有機(jī)半導(dǎo)體薄膜作用，使得干渉亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在瞬間被灼蝕掉，而留下未曝光區(qū)，形成高質(zhì)量的有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，紫外激光干涉灼蝕技術(shù)制備有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的光路示意圖見圖I。在上述已實(shí)現(xiàn)的一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，將樣品以其基底平面法線方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)90°，再進(jìn)行第二次曝光灼蝕，即可實(shí)現(xiàn)ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備。上述所述的熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料為9，9_ ニ辛基芴_2，7)_交替共聚-(1，4-{2，I’，3}-苯并噻ニ唑)(F8BT)，(9，9-ニ辛基芴-2，7)-共聚-ニ (4-甲氧基苯基)-芴(F8DP), (9,9- ニ辛基芴-2,7)-共聚-雙-N，N，- (4- 丁基苯基)-雙-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)等；所述的有機(jī)溶劑為ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー種；基底選自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉灼蝕紫外激光光源為波長(zhǎng)小于等于400nm的高能量脈沖激光。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
I)本發(fā)明方法無(wú)需使用龐大的刻蝕設(shè)備，成本低廉，可制備大面積ー維、ニ維有機(jī)半導(dǎo)體激光器，重復(fù)性好，制備效率高。2)本發(fā)明所制備的有機(jī)半導(dǎo)體激光器周期可控。通過(guò)改變干渉光路的干渉角a，便可制備周期為200nm-2000nm的有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)。3)本發(fā)明所制備的ニ維有機(jī)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)可控。通過(guò)多光束單次曝光或雙光束多次曝光同時(shí)改變P角，便可制備各種ニ維周期、準(zhǔn)晶和非晶結(jié)構(gòu)。


圖I、紫外激光干涉灼蝕技術(shù)制備有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的光路示意圖其中，I為脈沖紫外激光器；2為擴(kuò)束用透鏡組；3為介質(zhì)膜全反鏡；4為分束鏡；5為待加工的樣品；6為旋轉(zhuǎn)臺(tái)
圖2、所獲得的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡(AFM)照片圖3、所獲得的ニ維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡(AFM)照片
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備(一維結(jié)構(gòu))I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的ー維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)。4)所制備的ー維有機(jī)半導(dǎo)體光柵的結(jié)構(gòu)的原子力顯微圖像如圖2所示，在2 a =44°的情況下,所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為355nm。實(shí)施例2 :ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制備(ニ維正方結(jié)構(gòu))在實(shí)施例I已實(shí)現(xiàn)的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，將樣品以其基底平面法線方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)P =90°，再進(jìn)行第二次曝光灼蝕，即可實(shí)現(xiàn)ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制備，ニ維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡(AFM)照片見圖2。實(shí)施例3 :ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制備(ニ維三角結(jié)構(gòu))在實(shí)施例I已實(shí)現(xiàn)的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，將樣品以其基底平面法線方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)P =60°，再進(jìn)行第二次曝光灼蝕，即可實(shí)現(xiàn)ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)的制備。實(shí)施例4 :一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為25mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為1400rpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的ー維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5 :—維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體PFB溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的PFB有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將PFB有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng) 266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為355nm。實(shí)施例6 :—維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在硅片基底上。旋涂速度為llOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為355nm。實(shí)施例7 :—維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為800rpm，相應(yīng)的膜厚為 300nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為355nm。實(shí)施例8 :一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于三氯甲烷或環(huán)己烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =44°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)266nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為355nm。實(shí)施例9 :一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備(不同制作波長(zhǎng))
I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；
3)將上述制備的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中兩光束的夾角2a =32°。利用手動(dòng)觸發(fā)使激光器發(fā)射ー個(gè)能量為20mJ，脈沖寬度6ns，波長(zhǎng)215nm的激光脈沖，即可在有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上刻蝕出周期性的一維有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為390nm。
權(quán)利要求
1.紫外激光干涉灼蝕有機(jī)半導(dǎo)體激光器直寫方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將突光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-60mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液； 2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，旋涂速度為500-4000rpm，獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，薄膜的厚度為50-500nm ； 3)將強(qiáng)紫外激光干涉圖案與有機(jī)半導(dǎo)體薄膜作用，使得干渉亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在瞬間被灼蝕掉，而留下未曝光區(qū)，形成高質(zhì)量的有機(jī)半導(dǎo)體光柵結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，還包括以下步驟 4)上述已實(shí)現(xiàn)的一維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，將樣品以其基底平面法線方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)90°，再進(jìn)行第二次曝光灼蝕，即可實(shí)現(xiàn)ニ維有機(jī)半導(dǎo)體納米光柵結(jié)構(gòu)的制備。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料為9，9_ニ辛基芴-2,7)-交替共聚-(1，4- {2，I，，3}-苯并噻ニ唑)(F8BT)，(9,9- ニ辛基芴_2，7)-共聚-ニ(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP), (9,9- ニ辛基芴-2,7)-共聚-雙-N，N，- (4- 丁基苯基)-雙-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑為ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー種。
5.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，基底選自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者娃片。
6.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，干涉灼蝕紫外激光光源為波長(zhǎng)小于等于400nm的高能量脈沖激光。
7.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在干，熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，旋涂速度優(yōu)選lOOOrpm。
全文摘要
本發(fā)明公開了紫外激光干涉灼蝕有機(jī)半導(dǎo)體激光器直寫方法，屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟1)制備熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料有機(jī)溶液；2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，薄膜的厚度為50-500nm；3)將強(qiáng)紫外激光干涉圖案與有機(jī)半導(dǎo)體薄膜作用，使得干涉亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜在瞬間被灼蝕掉，而留下未曝光區(qū)。本發(fā)明成本低廉，可制備大面積一維、二維有機(jī)半導(dǎo)體激光器，重復(fù)性好，制備效率高，周期可控。
文檔編號(hào)B23K101/40GK102649196SQ20111004316
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者張新平, 翟天瑞 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)