[发明专利]基于激光干涉光刻的分布反馈式有机半导体激光器制作方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光电子材料及器件技术领域，涉及利用激光干涉光刻方法制作大面积的纳米光栅，把有机半导体溶液旋涂在纳米光栅上即可得到周期可控的一维和二维分布反馈式有机半导体激光器。

背景技术

分布反馈式有机半导体激光器是国际上广泛关注的研究课题，在实际应用和基础研究中都具有重要意义。分布反馈式结构的传统制作方法有：电子束光刻、反应离子束刻蚀、纳米压印技术等，但这些方法工艺复杂、设备昂贵、效率低，不利于分布反馈式有机半导体激光器的实用应用开发。而干涉光刻具有工艺简单，能够低成本地制作大面积无缺陷的各种光子晶格。将干涉光刻引入分布反馈式结构的制作具有重要的应用价值。

发明内容

本发明目的是提出一种利用激光干涉光刻制作分布反馈式激光器的腔结构，再将有机半导体旋涂在分布反馈式结构上，得到一维或二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：

1)将记录介质旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为1800rpm时为最佳，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm；

2)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构，激光干涉光刻技术制备记录介质分布反馈式结构的光路示意图见图1；

3)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-150mg/ml的有机半导体溶液；

4)将有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为2000rpm时为最佳，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜厚度的为50-500nm。

在上述已实现的一维记录介质分布反馈式结构的基础上，将样品绕其法线旋转90°，再进行第二次干涉曝光，即可实现二维记录介质分布反馈式结构的制备。

所述的荧光发射有机半导体材料为：9，9-二辛基芴-2，7)-交替共聚-(1，4-{2，1’，3}-苯并噻二唑)(F8BT)，(9，9-二辛基芴-2，7)-共聚-二(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP)，(9，9-二辛基芴-2，7)-共聚-双-N，N’-(4-丁基苯基)-双-N，N’-苯基-1，4-苯二胺(PFB)等；所述的有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一种；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：

1)本发明方法无需使用昂贵的设备，成本低，可制备大面积无缺陷的一维、二维分布反馈式有机半导体激光器，重复性好，制备效率高。

2)本发明所制备的分布反馈式有机半导体激光器周期可控。通过改变干涉光路的干涉角α，便可制备周期为200nm-2000nm的记录介质分布反馈式结构。

3)本发明所制备的二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β角，便可制备各种二维周期、准晶和非晶结构。

附图说明

图1、激光干涉光刻技术制备分布反馈式结构的光路示意图

其中，1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

图2、所获得的一维记录介质分布反馈式结构的原子力显微镜(AFM)照片

具体实施方式

实施例1：一维有机半导体纳米光栅结构的制备(一维结构)

1)将记录介质S1805光刻胶旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为500nm；

2)将上述制备的光刻胶薄膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中两光束的夹角α＝22°，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构；

3)所制备的一维分布反馈式结构的原子力显微图像如图2所示，在α＝22°的情况下，所制备的有机半导体光栅的周期为355nm。

4)将有机半导体F8BT溶解于甲苯或二甲苯等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；

5)将F8BT有机半导体溶液旋涂在记录介质分布反馈式结构上，得到一维分布反馈式有机有机半导体激光器。旋涂速度为1000rpm，相应的膜厚为200nm。

实施例2：二维分布反馈式结构的制备(二维正方结构)