[发明专利]锗三维光子晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锗光子晶体的制备方法。

背景技术

光子晶体是一种介电常数呈周期变化的新型光学材料，在光子晶体内部某 些频段的电磁波强度因破坏性干涉呈指数衰减，无法在介质中传播，形成电磁 波能隙。光子晶体按结构可分为一维、二维和三维，三维的光子晶体在各个方 向都呈现光子带隙，在光学器件、半导体激光器、光子晶体光纤等领域具有广 泛的应用前景。因而人们对光子晶体的制备极为关注。

近年来，采用自组装方法可以获得具有蛋白石结构的光子晶体，如聚苯乙 烯(PS)光子晶体。但是蛋白石结构得不到完全的光子带隙，要形成完全光子 带隙，要求折射率比大于2.8，而蛋白石结构PS光子晶体达不到要求。故采用 在聚苯乙烯小球模板的孔隙中沉积高介电常数的物质，洗去聚苯乙烯小球模板 后，可得到的反蛋白石结构，可以产生完全光子带隙。目前，胶体晶体模板的 制备技术已经逐渐趋近成熟，而向模板的空隙填充高介电常数物质是制备三维 光子晶体的关键。近几年发展的填充方法有：化学气相沉积(CVD)、脉冲激 光溅射法(PLD)，离子溅射法和纳米晶渗入法。但这些方法普遍存在的工艺 复杂，无法完全填充模板的问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有制备锗三维光子晶体的方法锗无法完全填充 模板的问题，而提供一种锗三维光子晶体的制备方法。

锗三维光子晶体的制备方法按以下步骤实现：一、倾斜沉积法制备聚苯乙 烯小球模板：将经清洗的ITO玻璃基片倾斜浸入体积浓度为0.2％～0.3％的聚 苯乙烯小球水溶液中，在65℃下静置72小时，即在ITO玻璃基片表面生长出 聚苯乙烯小球模板，然后降至室温，取出ITO玻璃基片，密闭干燥保存；二、 配制电解液：将水含量低于2ppm的1己基-3甲基咪唑三全氟烃基三氟磷酸盐 (英文名称为1-hexyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate，缩写为[Hmim]FAP)离子液体与纯度为 99.99999％(质量)的GeCl₄混合，配成锗离子的摩尔浓度为0.1～1mol/L的电 解液，然后密封放置一天；三、三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长 锗：采用聚苯乙烯小球模板作为工作电极、纯度为99.999％(质量)的铂丝作 为对电极、纯度为99.999％(质量)的银丝作为参比电极，采用密封放置的电 解液，先进行CV曲线的扫描，获得还原电位，在CV曲线扫描测得还原电位 下沉积四个小时；四、化学刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板：用有机溶剂溶解掉 聚苯乙烯小球模板，即得锗三维光子晶体，步骤一中聚苯乙烯小球的直径为 320nm。

现有技术中填充率为40％～70％，本发明方法在聚苯乙烯小球模板原位还 原锗的三维结构光子晶体，填充率达100％；本发明中锗的介电常数较高，并 且填充率达100％，从而在近红外和可见光范围产生完全光子带隙。本发明方 法工艺简单，操作方便。

附图说明

图1是具体实施方式九中步骤一制得产物的扫描电镜照片，图2是具体实 施方式九方法制得产物的扫描电镜照片，图3是具体实施方式九方法制得产物 的反射谱图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式锗三维光子晶体的制备方法按以下步骤实 现：一、倾斜沉积法制备聚苯乙烯小球模板：将经清洗的ITO玻璃基片倾斜 浸入体积浓度为0.2％～0.3％的聚苯乙烯小球水溶液中，在65℃下静置72小时， 即在ITO玻璃基片表面生长出聚苯乙烯小球模板，然后降至室温，取出ITO 玻璃基片，密闭干燥保存；二、配制电解液：将水含量低于2ppm的1己基-3 甲基咪唑三全氟烃基三氟磷酸盐离子液体与纯度为99.99999％(质量)的GeCl₄混合，配成锗离子的摩尔浓度为0.1～1mol/L的电解液，然后密封放置一天； 三、三电极电沉积法在聚苯乙烯小球模板原位生长锗：采用聚苯乙烯小球模板 作为工作电极、纯度为99.999％(质量)的铂丝作为对电极、纯度为99.999％ (质量)的银丝作为参比电极，采用密封放置的电解液，先进行CV曲线的扫 描，获得还原电位，在CV曲线扫描测得还原电位下沉积四个小时；四、化学 刻蚀法去除聚苯乙烯小球模板：用有机溶剂溶解掉聚苯乙烯小球模板，即得锗 三维光子晶体。