一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法技术

本发明专利技术提供一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，利用光刻方法制备与器件结构相适应的微模板，将胶体量子点溶液覆盖到模板表面，覆盖上基底，待溶剂完全挥发干净后，即完成光子器件回路在基底表面的制备。本发明专利技术相比于传统无机半导体制备方法，可以避免晶格失配等基底选择范围窄的问题以及加工成本高的问题；相比于现有的溶液加工方法，通过上述模板诱导，拉普拉斯非均匀分布以及对抗粘滞阻力三位一体可以实现高精度高品质的制备基于量子点的多种复杂形貌来实现光子器件功能；本发明专利技术为利用组装方法制备胶体量子点结构阵列并将其应用到光子器件中提供了思路。将其应用到光子器件中提供了思路。将其应用到光子器件中提供了思路。

【技术实现步骤摘要】
一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法


[0001]本专利技术涉及化学
，具体涉及一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法。

技术介绍

[0002]芯片上集成高质量高精度的微米线，微米环等结构是制备高品质光波导、激光谐振腔等光子器件结构以及保证后续相关应用的基础。传统方法利用硅基材料，III
‑
V族半导体制备光子器件，首先要克服材料与基底之间的晶格失配以及生长温度是否兼容的问题，其次光刻/电子束曝光以及刻蚀工艺极大地提升了生产加工成本。通过液相法组装溶液可加工材料例如有机小分子，胶体量子点和钙钛矿来制备高品质、高精度的光子器件结构是新兴的技术。然而现有的加工方式，例如喷墨打印法、蘸笔印刷法和剪切刮涂法等在加工精度上难以保证制备具有复杂形貌的光学器件形貌，其次溶剂蒸发过程中随机无序的流体流向，导致制备结构形貌的有序性和粗糙度在这些方法中难以保证，将导致器件性能的极大下降甚至完全失效。因此需要提供一种新的普适、简单、高效的光子器件结构阵列的制备方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决光子器件结构阵列的制备问题，提供一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，设计特定形貌的硅微柱阵列结构模板，通过毛细液桥定向退浸润的诱导，可以实现胶体量子点的连续并且有序的析出和组装，并利用拉普拉斯效应来控制器件各部分中量子点析出组装的先后顺序。本专利技术中流体流向的有序性保证了制备结构具有较高的品质和精度，因此能够保证光波导，激光发射，分束器，激光波导耦合等功能的实现。
[0004]本专利技术提供一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，向微结构模板上滴加量子点溶液并铺满微结构模板的表面，然后将基底覆盖在微结构模板上并于室温中放置，微结构模板、量子点溶液和基底组成含有毛细液桥阵列的三明治结构，在量子点溶液的溶剂挥发过程中，毛细液桥进行退浸润并进行量子点的有序组装，溶剂完全挥发后，得到在基底上有序排列的量子点结构阵列，将基底从微结构模板上取下，量子点光子器件制备完成；
[0005]微结构模板包括微结构基底和连接在微结构基底表面的微结构阵列，微结构阵列包括至少两个微结构。
[0006]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，微结构包括微米线、微米环、枝杈结构和线
‑
环复合结构；
[0007]量子点光子器件为以下任意一种：光波导、微环谐振腔、分束器、微环
‑
波导耦合器件和光子回路阵列。
[0008]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，
微结构模板使用光刻和刻蚀方法制备。
[0009]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，微结构的线宽为2μm、长度为10～100μm，微结构之间的间距为20～50μm。
[0010]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，微结构为硅柱。
[0011]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，量子点溶液为20～100mg mL
‑1的II
‑
VI族核壳量子点溶液。
[0012]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，II
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VI族核壳量子点包括：ZnCdS/ZnS蓝光量子点、ZnCdSeS/ZnS绿光量子点和CdSSe/ZnSeS/ZnS红光量子点。
[0013]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，溶剂为以下任意一种：正己烷、正辛烷和甲苯。
[0014]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，基底为以下任意一种：硅片、二氧化硅片、玻璃片、石英片、氧化铟锡导电玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酰亚胺。
[0015]本专利技术所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，作为优选方式，毛细液桥退浸润的时间为4～12h。
[0016]传统的制备胶体量子点阵列的方法，一般都是液相加工，将胶体量子点溶解在有机溶剂中，形成一定浓度的溶液，然后通过喷墨打印的方法制备液体阵列，随着溶剂挥发，溶液的浓度达到饱和，量子点逐渐开始析出组装，最终形成阵列。但是以上方法存在明显不足，由于溶剂挥发过程中存在咖啡环效应，液滴在基底上形成后，溶质都向三相界面处聚集，使得三相线被铆钉。后续的溶剂挥发会降低液滴的后退角，使得张力大于阻力，三相线突然后撤，并在稳定后又发生铆钉。这种铆钉
‑
去铆钉的非连续退浸润过程极大的损伤了制备结构的质量和加工精度；同时，液体在自然状态下难以自发形成与光子器件相一致的结构。因此通过传统的液相加工方法难以实现制备高质量和高精度的光子器件结构阵列。
[0017]本专利技术提供的制备方法中，首先用微模板诱导生成与光子器件形貌相一致的毛细液桥，在毛细液桥中，不均匀的拉普拉斯压力分布决定了各部分液桥退浸润的先后顺序，而在退浸润过程中，液桥前端的弯液面产生对抗铆钉阻力的驱动力，保证了三相线连续而有序的后退以及后续量子点的有序组装。加工得到的微模板可以反复利用，因此虽然使用了光刻刻蚀加工方法，但可以通过多次制备来降低加工成本。
[0018]本专利技术包括以下步骤：
[0019]利用光刻方法制备与器件结构相适应的微模板，将胶体量子点溶液覆盖到模板表面，覆盖上基底，待溶剂完全挥发干净后，即完成光子器件回路在基底表面的制备。通过该方法可以制备光波导，微环谐振腔，分束器，微环
‑
波导耦合器件以及复杂光子回路阵列。
[0020]高荧光量子产率的胶体量子点，选自但不限于ZnCdS/ZnS蓝光量子点，ZnCdSeS/ZnS绿光量子点，CdSSe/ZnSeS/ZnS红光量子点。
[0021]胶体量子点溶液的浓度为20
‑
100mg mL
‑1。
[0022]基底选自硅片、二氧化硅片、石英片中的一种。
[0023]所用溶剂为正己烷，正辛烷和甲苯中的一种
[0024]模板具有微柱阵列结构，其中单个柱子的线宽为2μm，长度为10
‑
100μm。阵列结构单元之间间距为20
‑
50μm。
[0025]本专利技术具有以下优点：
[0026]本专利技术利用光刻方法制备与器件结构相适应的微模板，将胶体量子点溶液覆盖到模板表面，覆盖上基底，待溶剂完全挥发干净后，即完成光子器件回路在基底表面的制备；相比于传统无机半导体制备方法，可以避免晶格失配等基底选择范围窄的问题以及加工成本搞的问题；相比于现有的溶液加工方法，通过上述模板诱导，拉普拉斯非均匀分布以及对抗粘滞阻力三位一体可以实现高精度高品质的制备基于量子点的多种复杂形貌来实现光子器件功能；本专利技术为利用组装方法制备胶体量子点结构阵列并将其应用到光子器件中提供了思路。
附图说明
[0027]图1为一种溶液自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，其特征在于：向微结构模板上滴加量子点溶液并铺满所述微结构模板的表面，然后将基底覆盖在所述微结构模板上并于室温中放置，所述微结构模板、所述量子点溶液和所述基底组成含有毛细液桥阵列的三明治结构，在所述量子点溶液的溶剂挥发过程中，毛细液桥进行退浸润并进行量子点的有序组装，所述溶剂完全挥发后，得到在所述基底上有序排列的量子点结构阵列，将所述基底从所述微结构模板上取下，量子点光子器件制备完成；所述微结构模板包括微结构基底和连接在所述微结构基底表面的微结构阵列，所述微结构阵列包括至少两个微结构。2.根据权利要求1所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，其特征在于：所述微结构包括微米线、微米环、枝杈结构和线
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环复合结构；所述量子点光子器件为以下任意一种：光波导、微环谐振腔、分束器、微环
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波导耦合器件和光子回路阵列。3.根据权利要求1所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，其特征在于：所述微结构模板使用光刻和刻蚀方法制备。4.根据权利要求1所述的一种溶液自组装制备量子点光子器件回路的方法，其特征在于：所述微结构的线宽为2μm、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵昱焱，吴雨辰，江雷，
申请(专利权)人：北京蕴超仿生智能科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：