[发明专利]用于在光学和相关装置中应用的纳米图案化表面的制造

说明书

本发明提供了一种基于溶液的工艺，该工艺基于高分子量嵌段共聚物(BCP)纳米光刻用于在大面积的光学表面上制造周期性结构。在一个实施例中，提供了一种制造用于在光子、光学或其他相关装置中应用的纳米图案化表面的方法，该方法包括以下步骤：提供基底材料；将嵌段共聚物(BCP)材料沉积在该基底材料上；以及使用至少一种溶剂使这些BCP相分离，该溶剂选择为促进聚合物链松动并引起相分离以制造该纳米图案化表面；其中该纳米图案化表面包括具有100nm或更大的域或直径的结构的有序阵列。还描述了一种新型光子装置和光学装置。

技术领域

本发明涉及用于在光学和相关装置中应用的纳米图案化表面的制造。

背景技术

电磁辐射，在此意指UV光、可见光、近红外光、中红外光和远红外光，由于光从一种介质进入下一种介质时其速度的突然变化，在两种介质之间的界面上被反射。在此‘突然的’意指在接近介质中光波长的距离内。由于光的速度是由它在其中行进的材料的折射率限定的，因此光学反射可以等效地被描述为由介质的折射率的突然变化所引起。

当光从一种介质行进到下一种介质中时，可以通过使光经历的折射率逐渐转化来减轻不希望的光学反射。实际上，这可以通过使基底介质亚波长纹理化或图案化来实现。纹理化降低了光所经历的折射率不连续性的突然性并且从而降低了光学反射率。

新一代纳米结构化表面的广泛益处是对于提高在光学或光子装置中的光吸收效率非常有希望。然而，用于制造纳米结构的例如干涉光刻的可用技术的低生产量和高成本已被证实是先进制造的困难的技术障碍。

已知使用嵌段共聚物(BCP)纳米光刻在大面积的光学表面，例如在Led发光装置表面上制造周期性结构。LED的总效率由内量子效率和提取效率的乘积决定。内量子效率提高了多于80％，但提取效率低于10％。这是由于基体与空气之间的折射率的差异很大，其导致全内反射。

使用嵌段共聚物对LED的表面进行纳米图案化可以提高提取效率。纳米结构已经作为光子晶体、减反射结构、以及用于更高的发光LED的纳米-纹理被广泛研究。然而，这些结构通常通过电子束光刻(EBL)和干式蚀刻制造。电子束光刻法存在两个主要问题：

(1)EBL工艺非常慢并且还昂贵，这使得其对于工业规模生产来说是不切实际的。

(2)在聚合物抗蚀剂与基底如GaN、InGaAIP、Sic和蓝宝石之间存在低蚀刻对比度(蚀刻对比度是用来产生结构的抗蚀剂与被蚀刻的基底之间的蚀刻速率的差异)。因此，将光刻掩模图案转移到基底并且制造高的纳米柱阵列是极其困难的(如果不是不可能的话)[三星电子(Samsung)2009]。