[发明专利]垂直定向的半导体纳米线的光吸收和过滤特性

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案与第12/204,686号(授予第7,646,943号美国专利)、第12/648,942号、第12/270,233号、第12/472,264号、第12/472,271号、第12/478,598号、第12/573,582号、第12/575,221号、第12/633,323号、第12/633,318号、第12/633,313号、第12/633,305号、第12/621,497号、第12/633,297号、第61/266,064号、第61/357,429号、第61/306,421号以及第61/306,421号美国专利申请案相关，所述专利申请案的揭示内容全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

背景技术

纳米结构通常展现其大体积对等物中不存在的吸引人的物理特性。纳米结构的光学特性一直是当前研究关注点之一。转换纳米结构的光学特性将促进其在半导体、光学元件和消费者电子工业中的应用。在一个实例中，纳米结构的光学特性可由其化学组成控制。化学掺杂可改变组成半导体纳米结构的材料的电子结构，这又会改变其与光的交互。在另一实例中，将纳米结构布置成规则栅格可产生个别纳米结构所缺乏的光学特性。然而，这些常规方法通常需要复杂的化学合成或合成后操纵，且因此对于条件的微小变化不太稳健，且无法轻易且准确地将纳米结构定位在功能装置中。对比之下，本文描述的方法通过利用纳米结构的小物理大小和自上而下式制造工艺(即，移除一块大体积材料的一部分直到实现所要纳米结构为止)来克服常规方法的这些问题。

发明内容

本文描述一种纳米线阵列，其包括衬底和从所述衬底基本上垂直延伸的多条纳米线；其中：所述纳米线的折射率至少为所述纳米线的覆层的折射率的两倍。优选地，所述纳米线的数量密度至多约为1.8/μm²。

所述纳米线阵列可使用包括以下各项的方法来制造：(a)用抗蚀剂层涂覆所述衬底；(b)使用光刻技术在抗蚀剂层中产生点图案；(c)在抗蚀剂层中使图像显影；(d)沉积掩模层；(e)起离抗蚀剂层；(f)通过对衬底进行干式蚀刻形成纳米线；(g)任选地移除掩模层；其中点的形状和大小决定纳米线的横截面形状和大小。

所述纳米线阵列可用作光电检测器、亚微米彩色滤光片、静态彩色显示器或动态彩色显示器。

附图说明

图1A展示纳米线阵列的透视示意图。

图1B展示图1A的纳米线阵列的横截面示意图。

图2A-2D是示范性纳米线阵列的SEM图像。

图3A展示具有拥有一系列不同半径的纳米线的纳米线阵列的测得的反射光谱。

图3B展示图3A的纳米线阵列的模拟的反射光谱。

图3C展示作为其上的纳米线的半径的函数的纳米线阵列的测得和模拟的反射光谱中的下沉(dip)位置。

图4A-4C展示在纳米线阵列中的纳米线附近处于不同波长的H_1,1模式的主要横向分量。

图4D展示垂直入射在纳米线阵列上的白光的可能路径的示意说明。

图5A展示具有不同纳米线半径的三个纳米线阵列的H_1,1模式的模拟有效折射率(n_eff)(作为波长的函数)。

图5B展示图5A的纳米线阵列的模拟吸收光谱。

图5C比较纳米线阵列中的衬底的模拟吸收光谱、纳米线阵列中的纳米线(45nm半径)的模拟吸收光谱以及整个纳米线阵列的模拟反射光谱。

图6展示根据一实施例包括纳米线阵列的动态彩色显示器的四个像素的示意俯视图。

图7A和7B展示用于测量纳米线阵列的反射光谱的两个示范性设备的示意图。

具体实施方式

根据一实施例，本文描述一种纳米线阵列，其包括衬底和从所述衬底基本上垂直延伸的多条纳米线；其中所述纳米线的折射率至少为所述纳米线的覆层的折射率的两倍。所述纳米线的数量密度优选至多约为1.8/μm²。

根据一实施例，一种纳米线阵列包括衬底和从所述衬底基本上垂直延伸的多条纳米线；其中所述纳米线阵列可作为亚微米彩色滤光片操作。如本文使用的“亚微米彩色滤光片”意味着允许某些波长的光通过滤光片中的光学元件的滤光片至少在一个维度中小于1微米。