专利名称：紫外激光干涉灼蚀有机半导体激光器直写方法
技术领域：
本发明属于纳米光电子材料及器件技术领域，具体涉及利用紫外激光干涉灼蚀方法在有机半导体薄膜上直接写出周期可控的ー維和ニ维有机半导体激光器。
背景技术：
光泵浦有机半导体激光器对于新的激光光源和未来电泵浦有机半导体激光器的实现都有着重要的意义。而分布反馈式结构是实现光泵浦有机半导体激光器的最佳结构。目前，关于分布反馈式结构的制作方法基本上基于紫外光浮離、纳米压印、电子束刻蚀、反应离子束刻蚀技术等。然而，这些制作方法存在エ艺过程复杂、制备设备昂贵、效率低、成本高等问题，极大地限制了光泵浦有机半导体激光器的广泛应用和实用技术开发。简单、成本低廉、重复性好的方法一直是光泵浦有机半导体激光器制备技术所追求的目标。
发明内容
本发明目的是提出一种单脉冲曝光紫外激光干涉灼蚀方法直接写出光泵浦有机半导体激光器结构的方法，即将ー个高能量的紫外光脉冲经分束和再次空间叠加后形成的干涉图案直接作用于有机半导体薄膜表面，干涉图案亮条纹区的有机半导体薄膜在瞬间被灼蚀掉，而干涉图案暗条纹区的有机半导体薄膜保留下来，形成一维或ニ维有机半导体激光器。本发明中有机半导体激光器制备技术具体方案如下I)将突光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-60mg/ml的有机半导体溶液；2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为IOOOrpm时为最佳,获得厚度均勻的有机半导体薄膜,薄膜的厚度为50-500nm ；3)将强紫外激光干涉图案与有机半导体薄膜作用，使得干渉亮条纹区的有机半导体薄膜在瞬间被灼蚀掉，而留下未曝光区，形成高质量的有机半导体光栅结构，紫外激光干涉灼蚀技术制备有机半导体光栅结构的光路示意图见图I。在上述已实现的一维有机半导体纳米光栅制备技术的基础上，将样品以其基底平面法线方向为轴旋转90°，再进行第二次曝光灼蚀，即可实现ニ维有机半导体纳米光栅结构的制备。上述所述的荧光发射有机半导体材料为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-双-N，N，- (4- 丁基苯基)-双-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)等；所述的有机溶剂为ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー种；基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。
本发明的优势特点
I)本发明方法无需使用庞大的刻蚀设备，成本低廉，可制备大面积ー维、ニ维有机半导体激光器，重复性好，制备效率高。2)本发明所制备的有机半导体激光器周期可控。通过改变干渉光路的干渉角a，便可制备周期为200nm-2000nm的有机半导体光栅结构。3)本发明所制备的ニ维有机半导体激光器结构可控。通过多光束单次曝光或双光束多次曝光同时改变P角，便可制备各种ニ维周期、准晶和非晶结构。
图I、紫外激光干涉灼蚀技术制备有机半导体光栅结构的光路示意图其中，I为脉冲紫外激光器；2为扩束用透镜组；3为介质膜全反镜；4为分束镜；5为待加工的样品；6为旋转台
图2、所获得的一维有机半导体光栅结构的原子力显微镜(AFM)照片图3、所获得的ニ维有机半导体光栅结构的原子力显微镜(AFM)照片
具体实施例方式实施例I :一维有机半导体纳米光栅结构的制备(一维结构)I)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为 200nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的ー维有机半导体光栅结构。4)所制备的ー维有机半导体光栅的结构的原子力显微图像如图2所示，在2 a =44°的情况下,所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。实施例2 :ニ维有机半导体纳米结构的制备(ニ维正方结构)在实施例I已实现的一维有机半导体光栅制备技术的基础上，将样品以其基底平面法线方向为轴旋转P =90°，再进行第二次曝光灼蚀，即可实现ニ维有机半导体纳米结构的制备，ニ维有机半导体光栅结构的原子力显微镜(AFM)照片见图2。实施例3 :ニ维有机半导体纳米结构的制备(ニ维三角结构)在实施例I已实现的一维有机半导体光栅制备技术的基础上，将样品以其基底平面法线方向为轴旋转P =60°，再进行第二次曝光灼蚀，即可实现ニ维有机半导体纳米结构的制备。实施例4 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为25mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1400rpm，相应的膜厚为 200nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的ー维有机半导体光栅结构。实施例5 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将有机半导体PFB溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的PFB有机半导体溶液；2)将PFB有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为 200nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长 266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的一维有机半导体光栅结构，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。实施例6 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在硅片基底上。旋涂速度为llOOrpm，相应的膜厚为 200nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的一维有机半导体光栅结构，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。实施例7 :—维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为800rpm，相应的膜厚为 300nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的一维有机半导体光栅结构，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。实施例8 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备I)将有机半导体F8BT溶解于三氯甲烷或环己烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为 200nm ；3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =44°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长266nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的一维有机半导体光栅结构，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。实施例9 :一维有机半导体纳米光栅结构的制备(不同制作波长)
I)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或ニ甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为lOOOrpm，相应的膜厚为 200nm ；
3)将上述制备的有机半导体薄膜样品置于干涉光路中，如图I所示，其中两光束的夹角2a =32°。利用手动触发使激光器发射ー个能量为20mJ，脉冲宽度6ns，波长215nm的激光脉沖，即可在有机半导体薄膜上刻蚀出周期性的一维有机半导体光栅结构，所制备的有机半导体光栅的周期为390nm。
权利要求
1.紫外激光干涉灼蚀有机半导体激光器直写方法，其特征在于，包括以下步骤 1)将突光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-60mg/ml的有机半导体溶液； 2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜的厚度为50-500nm ； 3)将强紫外激光干涉图案与有机半导体薄膜作用，使得干渉亮条纹区的有机半导体薄膜在瞬间被灼蚀掉，而留下未曝光区，形成高质量的有机半导体光栅结构。
2.按照权利要求I的方法，其特征在于，还包括以下步骤 4)上述已实现的一维有机半导体纳米光栅制备技术的基础上，将样品以其基底平面法线方向为轴旋转90°，再进行第二次曝光灼蚀，即可实现ニ维有机半导体纳米光栅结构的制备。
3.按照权利要求I的方法，其特征在于，所述荧光发射有机半导体材料为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-双-N，N，- (4- 丁基苯基)-双-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)。
4.按照权利要求I的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー种。
5.按照权利要求I的方法，其特征在于，基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者娃片。
6.按照权利要求I的方法，其特征在于，干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。
7.按照权利要求I的方法，其特征在干，荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，旋涂速度优选lOOOrpm。
全文摘要
本发明公开了紫外激光干涉灼蚀有机半导体激光器直写方法，属于纳米光电子材料及器件技术领域，包括以下步骤1)制备荧光发射有机半导体材料有机溶液；2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜的厚度为50-500nm；3)将强紫外激光干涉图案与有机半导体薄膜作用，使得干涉亮条纹区的有机半导体薄膜在瞬间被灼蚀掉，而留下未曝光区。本发明成本低廉，可制备大面积一维、二维有机半导体激光器，重复性好，制备效率高，周期可控。
文档编号B23K101/40GK102649196SQ20111004316
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者张新平, 翟天瑞 申请人:北京工业大学