柔性基底金属纳米结构制备及半导体发光器件集成技术研究

论文摘要

柔性材料如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、聚酰亚胺(Polymide,PI)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)等,由于具有多种刚性材料无法比拟的优越特性,被用于制作成可拉伸、可穿戴的柔性器件,广泛应用于能源、医疗、信息、国防等领域。半导体发光器件如发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)等具有垂直于衬底发光、易于集成和形成二维阵列等特性,在照明、传感、光通信等领域具有重要应用。本论文主要是对PDMS基底金纳米结构的制备及其与LED、VCSEL的集成技术进行研究,并探索集成芯片的传感应用。主要研究内容如下:(1)在柔性基底上,快速、低成本、大面积的制备金属纳米结构:利用激光干涉光刻的方法在PDMS上制备了光栅、点阵、孔阵等周期性金纳米结构;利用二氧化硅球自组装、光盘中间的聚碳酸酯层预刻槽结构及阳极氧化铝(Anodic Aluminum Oxide,AAO)薄膜等材料制备了PDMS基底金纳米结构。这些金纳米结构都具有表面等离激元特性,对周围环境折射率变化敏感,可用于生化传感。(2)半导体发光器件制备及其与柔性基底金属纳米结构的集成:实验制备了峰值波长为626nm的红光LED和激射波长为850nm的4×4大功率氧化型VCSEL阵列。使用光刻等工艺制作了硅模板,通过翻模的方式制作了PDMS微流通道。利用键合工艺,首先将微流通道和PDMS基底金纳米结构键合;再与制作好的两种半导体发光器件二次键合,使柔性基底金属纳米结构和半导体发光器件集成。(3)集成柔性基底金属纳米结构的半导体发光器件测试分析:利用贵金属纳米结构的表面等离激元对环境折射率敏感特性,对制备好的集成芯片进行测试,探索其传感应用。向微流通道内注入不同折射率液体,测试PDMS基底金纳米结构的透射光谱;VCSEL集成芯片的光功率、光谱;最后还探索了利用LED集成芯片的可视化变化来对不同液体进行定性判断。本文利用柔性材料PDMS易于与大部分常用半导体材料键合的特性,在其上制备了金纳米结构,再将其与VCSEL、LED这类低成本、易于集成的半导体发光器件相结合,通过金纳米结构的表面等离激元特性实现折射率传感。这种方法比直接在发光器件上制备纳米结构的常规方法更具简便、低成本的优势。初步实现了微全分析系统(Miniaturized total analysis systems,μTAS)激发和传感功能单元的集成,并具有实时、低成本、无标记等优点。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴俊

导师: 徐晨,解意洋

关键词: 柔性基底,金属纳米结构,半导体发光器件,集成技术,表面等离激元共振

来源: 北京工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,材料科学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 北京工业大学

分类号: TN248;TN303;TB383.1

DOI: 10.26935/d.cnki.gbjgu.2019.000936

总页数: 62

文件大小: 3594K

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