燒結(jié)程序，燒結(jié)程序如下：在450°C退火半小時(shí) 至一小時(shí)，緩慢勻速加熱至1200°C，在1200°C下退火200-400min，直至自然冷卻，即可得到 表面平整、透明的（L%9Ceai)2Si05薄膜。（3)光子晶體的制備。采用常規(guī)電子束光刻和感 應(yīng)耦合等離子體刻蝕方法。采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在（Lua9Ceai)2Si05發(fā)光 薄膜層上鍍制210nm厚的SiN薄膜。利用等離子體刻蝕儀器PlasmaEtchPE-50進(jìn)行氧等 離子體轟擊SiN表面1. 8min，獲得親水表面，以利于光刻膠的粘附。在SiN表面旋涂PMMA A4 (950k，MicroChem)光刻膠，甩膠機(jī)為Solar-Semi公司的Quickstep200SM，轉(zhuǎn)速設(shè)置為 2800r/min，時(shí)間lmin，獲得的膠厚210nm。為了增加導(dǎo)電性，電子束刻蝕前再在PMMA上蒸 鍍5nm的鉻以增加導(dǎo)電性并消除電子束刻蝕時(shí)的電荷效應(yīng)。采用JEOLJBX-6300FS型電子 束光刻機(jī)對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，加速電壓50kV，電流200pA，選擇Raster模式，按照設(shè)計(jì)圖案 進(jìn)行曝光。去鉻過程采用1. 5g硝酸鈰銨，1. 5g濃硝酸和7g去離子水配置鉻酸，將曝光后 的樣品置于鉻酸溶液中，鉻與鉻酸反應(yīng)成鉻離子，待樣品表面從褐色變?yōu)闊o色，取出樣品用 無水乙醇清洗并用氮?dú)鈽尨蹈杀砻?。顯影，在常溫下用MIBK:IPA(1:3)顯影45s，無水乙醇 清洗30s，氮?dú)鈽尨蹈杀砻?，烘烤溫?0s，溫度為100°C，固化PMMA?？涛g，采用CHF3+〇J9 工藝氣體，RF功率為200W，DCBias607V，刻蝕氣體CHF3流量45sccm，02流量5sccm，刻 蝕時(shí)間270s，之后用氧等離子體去除殘余光刻膠，清洗時(shí)間2min。最后依次在丙酮、乙醇和 去離子水中超聲清洗l〇min，去除表面在加工過程中引入的雜志，最后得到所需要的光子晶 體。電鏡照片如圖3所示。圖4是樣品在遠(yuǎn)紫外光激發(fā)下發(fā)光光譜的角度依賴，結(jié)果表明 其在26°的角度上有著明顯的發(fā)射，該角度上的發(fā)光強(qiáng)度占總發(fā)光強(qiáng)度的約78%，該發(fā)射 的來源是在光子晶體作用下，單模導(dǎo)波模式的發(fā)光被引導(dǎo)到該角度發(fā)射。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 該實(shí)施例選取的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：選擇LiF晶體為基底層，發(fā)光薄膜層是 (Lua9Ceai)2Si05的厚度選擇為
光子晶體周期為350nm，介質(zhì)柱的直徑為 175nm，高度為210nm，介質(zhì)材料選取SiN〇
[0032] 樣品制備方法同實(shí)施例1，不同之處在于發(fā)光薄膜制備時(shí)采用的PEG400濃度降低 以便獲得159nm的膜厚。光子晶體制備時(shí)電子束曝光時(shí)的圖案按照本例設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)施即 可。
[0033]圖5是樣品在遠(yuǎn)紫外光激發(fā)下發(fā)光光譜的角度依賴，結(jié)果表明其在36°的角度上 有著明顯的發(fā)射，該角度上的發(fā)光強(qiáng)度占總發(fā)光強(qiáng)度的約70%，該發(fā)射的來源是在光子晶 體作用下，單模導(dǎo)波模式的發(fā)光被引導(dǎo)到該角度發(fā)射，與實(shí)施例1中的角度差異來源于樣 品的厚度的差異和晶格常數(shù)的差異，顯著方向性的發(fā)射都表現(xiàn)出了明顯的調(diào)控效果。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于光子晶體層的介質(zhì)柱的直徑為 236nm，介質(zhì)柱的高度為252nm，制得的用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效 率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探 測(cè)效率。
[0036] 實(shí)施例4
[0037] 本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于光子晶體層的介質(zhì)柱的直徑為 158nm，介質(zhì)柱的高度為168nm，制得的用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效 率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探 測(cè)效率。
[0038] 實(shí)施例5
[0039] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于選擇石英玻璃為基底層，制得的用 于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射 方向調(diào)控能力，能夠提尚對(duì)紫外等閃爍焚光的探測(cè)效率。
[0040] 實(shí)施例6
[0041] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于選擇BaF2晶體為基底層，制得的用 于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射 方向調(diào)控能力，能夠提尚對(duì)紫外等閃爍焚光的探測(cè)效率。
[0042] 實(shí)施例7
[0043] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于選擇MgF2晶體為基底層，制得的用 于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射 方向調(diào)控能力，能夠提尚對(duì)紫外等閃爍焚光的探測(cè)效率。
[0044] 實(shí)施例8
[0045] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于介質(zhì)柱的材料選取GaN，制得的用于 閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方 向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探測(cè)效率。
[0046] 實(shí)施例9
[0047] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于介質(zhì)柱的材料選取Ti02，制得的用于 閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方 向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探測(cè)效率。
[0048] 實(shí)施例10
[0049] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于介質(zhì)柱的材料選取ZnO,制得的用于 閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方 向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探測(cè)效率。
[0050] 實(shí)施例11
[0051] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于介質(zhì)柱的材料選取Ta205，制得的用 于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射 方向調(diào)控能力，能夠提尚對(duì)紫外等閃爍焚光的探測(cè)效率。
[0052] 實(shí)施例12
[0053] 該實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于介質(zhì)柱的材料選取A1203，制得的用 于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射 方向調(diào)控能力，能夠提尚對(duì)紫外等閃爍焚光的探測(cè)效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件，包括基底層和基底層上面布置的發(fā)光薄膜 層，其特征在于，還包括布置在發(fā)光薄膜層上面的光子晶體層，所述的光子晶體層由排列呈 周期陣列的介質(zhì)柱構(gòu)成，介質(zhì)柱垂直布置于發(fā)光薄膜層上表面，介質(zhì)柱的材料對(duì)發(fā)光薄膜 層發(fā)射的光透明； 所述的介質(zhì)柱排列呈=角構(gòu)型的周期陣列，該周期陣列的周期的取值范圍為 350-430nm，所述的介質(zhì)柱的直徑為周期陣列的周期的0. 45~0. 55倍，介質(zhì)柱的高度為發(fā) 光薄膜層主發(fā)光峰對(duì)應(yīng)的真空中的中屯、波長(zhǎng)的0. 4~0. 6倍。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于，所述 的介質(zhì)柱的直徑為S角構(gòu)型的周期陣列的周期的0. 5倍，介質(zhì)柱的高度為210-250nm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于，所 述的介質(zhì)柱的材料包括SiN、GaN、Ti〇2、ZnO、Ta2〇5或Al2〇3。4. 根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于閃爍探測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于， 所述的發(fā)光薄膜層的折射率大于基底層的折射率。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于閃爍探測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于， 所述的發(fā)光薄膜層的厚度介于之間；其中，A為發(fā)光薄膜層的 主發(fā)光峰對(duì)應(yīng)的真空中的中屯、波長(zhǎng)，ni為發(fā)光薄膜層的折射率，n2為基底層的折射率。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于閃爍探測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于， 所述的發(fā)光薄膜層為化11。.典6。.1)251〇5，主發(fā)光峰對(duì)應(yīng)的真空中的中屯、波長(zhǎng)為42〇11111。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于閃爍探測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)模共振移波器件，其特征在于， 所述的基底層為對(duì)真空紫外光透明的材料，包括石英玻璃、LiF晶體、姑Fz晶體、M評(píng)2晶體或 BaFz晶體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于閃爍探測(cè)的導(dǎo)模共振移波器件，包括基底層和基底層上面布置的發(fā)光薄膜層，還包括布置在發(fā)光薄膜層上面的光子晶體層，光子晶體層由排列呈三角構(gòu)型的周期陣列的介質(zhì)柱構(gòu)成，介質(zhì)柱垂直布置于發(fā)光薄膜層上表面，介質(zhì)柱的材料對(duì)發(fā)光薄膜層發(fā)射的光透明。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有高的轉(zhuǎn)換效率和時(shí)間分辨能力，又具有高度的光發(fā)射方向調(diào)控能力，能夠提高對(duì)紫外等閃爍熒光的探測(cè)效率。
【IPC分類】G02F1/00, G02F1/01
【公開號(hào)】CN105204191
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510598647
【發(fā)明人】劉波, 程傳偉, 顧牡, 陳鴻, 黃世明, 劉小林
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月18日