新型硅鐿量子面等離子體光源制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)提供了一種新型硅鐿量子面等離子體光源。本實(shí)用新型專利技術(shù)采用在硅襯底上形成硅鐿量子面等離子體光源結(jié)構(gòu)，可以在低頻率泵浦光作用下發(fā)射較強(qiáng)的高頻率光子，其等離子體發(fā)光具有低頻率激發(fā)高頻率和球形發(fā)光的特征，實(shí)現(xiàn)了光泵浦在可見(jiàn)光區(qū)的等離子體強(qiáng)發(fā)光（外量子效率大于50%）和在1400nm到1600nm光通信波段的發(fā)光，其等離子體發(fā)光具有低頻率激發(fā)高頻率和球形發(fā)光的特征。本實(shí)用新型專利技術(shù)不同于半導(dǎo)體LED和LD光源的發(fā)光機(jī)理，具有全新的發(fā)光物理機(jī)理與模型，解決了用低頻率泵浦高頻率發(fā)光的問(wèn)題，提供了半導(dǎo)體照明的新光源和硅芯片光互聯(lián)的新光源，可以有很好的新型硅鐿等離子體光源應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及半導(dǎo)體照明及納米光子材料與器件
，尤其是一種新型硅鐿量子面等離子體光源。
技術(shù)介紹
目前，我們正處于后信息時(shí)代，其特點(diǎn)是由電子信息階段過(guò)渡到光子信息階段，現(xiàn)在已經(jīng)完成以光子為信息載體的轉(zhuǎn)換過(guò)程，如已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全光的光纖通信和光通信。當(dāng)今的發(fā)展進(jìn)入芯片上的光電子集成與芯片級(jí)的全光化，這是實(shí)現(xiàn)光量子信息處理和光量子信息計(jì)算的關(guān)鍵，而作出硅芯片上的用于光互聯(lián)的光源與傳播節(jié)點(diǎn)是一項(xiàng)瓶頸性的工作。硅芯片上的等離子體光源會(huì)開(kāi)拓硅光互聯(lián)光源發(fā)展的一條新的途徑。另外，這種新型硅鐿量子面等離子體光源的技術(shù)對(duì)于推廣半導(dǎo)體照明具有重要的意義。眾所周知，建立在硅基上的微電子信息產(chǎn)業(yè)高度發(fā)達(dá)，但是受尺寸與功耗的限制，摩爾定律已經(jīng)到了適用范圍的極限。科學(xué)家們?cè)噲D在硅基上建立起全新的光量子信息處理系統(tǒng)，取代現(xiàn)在的微電子信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息時(shí)代革命性的跨越。這里，我們要解決幾個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，一是在什么材料上建立光量子信息處理系統(tǒng)，有些材料特別是半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì)很好(例如砷化鎵半導(dǎo)體材料)，但是硅材料有很好的基礎(chǔ)且屬于環(huán)保材料，所以最終選擇在硅基上建立光量子信息處理系統(tǒng)。二是需要改進(jìn)硅材料的光學(xué)性質(zhì)，我們知道單晶硅的間接帶隙結(jié)構(gòu)致使硅材料的發(fā)光效率很低，而改進(jìn)硅材料的光學(xué)性質(zhì)的途徑主要是采用能帶工程，制備娃的低維納米結(jié)構(gòu)獲取準(zhǔn)直接帶隙結(jié)構(gòu)，如納米娃、多孔娃、鍺娃應(yīng)變層和納米氧化娃等材料。令人振奮的是2000年L.Pavesi研究小組的工作實(shí)現(xiàn)了氧化娃中鑲嵌納米娃結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光的光學(xué)增益，這奠定了電栗浦和光栗浦全硅基相干光源的基礎(chǔ)。但是，歸納起來(lái)，國(guó)內(nèi)外近十年的研究工作仍存在問(wèn)題:在上述材料的制備中存在諸多的不足，如多孔硅不易保存、發(fā)光不穩(wěn)定，納米硅和鍺硅應(yīng)變層的制備成本高(傳統(tǒng)的分子束外延(MBE)方法和化學(xué)氣相沉積(CVD)方法)、不易產(chǎn)業(yè)化等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是:提供一種新型硅鐿量子面等離子體光源，它解決了用低頻率栗浦高頻率發(fā)光的問(wèn)題，提供了半導(dǎo)體照明的新光源和硅芯片光互聯(lián)的新光源，且易于產(chǎn)業(yè)化。本技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的:新型硅鐿量子面等離子體光源，包括硅襯底，在硅襯底的上表面設(shè)有間隔分布的氧化硅薄膜，在每個(gè)氧化硅薄膜的頂面均設(shè)有一個(gè)形狀及大小對(duì)應(yīng)的鐿薄膜，同一組氧化硅薄膜及鐿薄膜組成一組硅鐿量子面。在娃襯底的上表面設(shè)有間隔分布的Purcell腔體陣列結(jié)構(gòu)，在每一個(gè)Purcell腔體陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)均設(shè)有一組由氧化硅薄膜及鐿薄膜組成的硅鐿量子面。所述的Purce11腔體陣列結(jié)構(gòu)中，？111^611腔體的直徑為5-5(^111，周期間隔為30-10um0所述的氧化硅薄膜的厚度為3-10nm，鐿薄膜的厚度為10-50 nm。由于采用了以上技術(shù)方案，本技術(shù)采用在硅襯底上形成硅鐿量子面等離子體光源結(jié)構(gòu)，可以在低頻率栗浦光作用下發(fā)射較強(qiáng)的高頻率光子，其等離子體發(fā)光具有低頻率激發(fā)高頻率和球形發(fā)光的特征，實(shí)現(xiàn)了光栗浦在可見(jiàn)光區(qū)的等離子體強(qiáng)發(fā)光(外量子效率大于50%)和在1400nm到1600nm光通信波段的發(fā)光，其等離子體發(fā)光具有低頻率激發(fā)高頻率和球形發(fā)光的特征。本技術(shù)不同于半導(dǎo)體LED和LD光源的發(fā)光機(jī)理，具有全新的發(fā)光物理機(jī)理與模型，解決了用低頻率栗浦高頻率發(fā)光的問(wèn)題，提供了半導(dǎo)體照明的新光源和硅芯片光互聯(lián)的新光源，可以有很好的新型硅鐿等離子體光源應(yīng)用。本技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，成本低廉，使用效果好。【附圖說(shuō)明】，圖1為本技術(shù)的結(jié)構(gòu)不意圖；圖2為本技術(shù)的發(fā)光光譜。【具體實(shí)施方式】，本技術(shù)的實(shí)施例1:新型硅鐿量子面等離子體光源如圖所示，如圖中，傾斜向下的箭頭表示栗浦光，豎直的箭頭表示等離子體發(fā)光，包括硅襯底I，在硅襯底I的上表面設(shè)有間隔分布的Purcel I腔體陣列結(jié)構(gòu)，在每一個(gè)Purcel I腔體陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)均設(shè)有一組由氧化娃薄膜2及鐿薄膜3組成的娃鐿量子面。所述的PurcelI腔體陣列結(jié)構(gòu)中，Purcell腔體的直徑為I Oym，周期間隔為50μηι ；所述的氧化娃薄膜2的厚度為6nm，鐿薄膜3的厚度為15nm。新型硅鐿量子面等離子體光源的制備方法，包括如下步驟I)預(yù)處理:對(duì)單晶硅片進(jìn)行P型摻雜，形成電阻率2?20 Ω.cm的硅片，用酒精和去離子水清潔表面，獲得硅襯底；2)脈沖激光刻蝕:用LD栗浦的Nd: YAG固體激光器，采用聲光調(diào)Q獲取納秒脈沖激光;用KTP晶體實(shí)現(xiàn)角度匹配倍頻，在532nm波長(zhǎng)激光束斑下調(diào)節(jié)基模出射，將匯聚透鏡放至合適位置，匯聚激光束斑到需要的線徑；調(diào)激光重復(fù)率至800?1200次/秒、脈寬60?100納秒，除掉倍頻鏡，在1064nm波長(zhǎng)激光束下調(diào)節(jié)匯聚到硅表面上的功率密度至恰好產(chǎn)生白色等離子體輝光；將硅襯底固定于樣品臺(tái)上，通過(guò)三維微動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)硅襯底實(shí)施精確到10nm的定位和掃描加工，在氬氣氛圍條件下，用60納秒脈寬的脈沖激光加工單晶硅片3秒鐘，再在氬氣氛圍中用100納秒脈寬的脈沖激光束照射單晶硅片8秒鐘，按要求尺度(直徑為1微米、周期間隔為50微米)刻蝕出Pur Ce 11腔體陣列結(jié)構(gòu)；3)脈沖激光淀積:通過(guò)三維微動(dòng)定位系統(tǒng)對(duì)PLE加工好的硅片實(shí)施精確到10nm的定位和掃描加工，在氬氣氛圍條件下，采用脈沖激光淀積，以波長(zhǎng)為355nm、脈寬80?100納秒、重復(fù)率1000?2000次/秒的脈沖激光束作為PLD激光，在每個(gè)Purcell腔體內(nèi)制備出一層厚度為6nm的氧化硅薄膜，在氧化硅薄膜的表面再制備出厚度為15nm的鐿薄膜，它們共同組成娃鐿量子面結(jié)構(gòu)，形成娃鐿量子面等離子體光源結(jié)構(gòu)；4)高溫退火:將加工好的單晶硅片放入高溫退火爐，在氬氣氛圍中，保持1000°C尚溫快速退火，獲得成品。將實(shí)施例制備獲得的產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)等離子體光源在可見(jiàn)光的發(fā)光光譜如圖2所示。根據(jù)圖2得知，該新型硅鐿量子面等離子體光源經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明可作為白光照明光源，用3瓦激光源驅(qū)動(dòng)的照明效果超過(guò)40瓦白熾燈。本技術(shù)所述并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本技術(shù)的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本技術(shù)的技術(shù)創(chuàng)新范圍。顯然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本技術(shù)進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本技術(shù)的精神和范圍。這樣，倘若本技術(shù)的這些修改和變型屬于本技術(shù)權(quán)利要求及其等同技術(shù)范圍內(nèi)，則本技術(shù)也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種新型硅鐿量子面等離子體光源，包括硅襯底(I)，其特征在于:在硅襯底(I)的上表面設(shè)有間隔分布的氧化硅薄膜(2)，在每個(gè)氧化硅薄膜(2)的頂面均設(shè)有一個(gè)形狀及大小對(duì)應(yīng)的鐿薄膜(3)，同一組氧化硅薄膜(2)及鐿薄膜(3)組成一組硅鐿量子面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型硅鐿量子面等離子體光源，其特征在于:在硅襯底(I)的上表面設(shè)有間隔分布的Purcel I腔體陣列結(jié)構(gòu)，在每一個(gè)Purcel I腔體陣列結(jié)構(gòu)內(nèi)均設(shè)有一組由氧化硅薄膜(2)及鐿薄膜(3)組成的硅鐿量子面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型硅鐿量子面等離子體光源，其特征在于:所述的PurcelI腔體陣列結(jié)構(gòu)中，Purcell腔體的直徑為5-50μπι，周期間隔為30-100μπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的新型硅鐿量子面等離子體光源，其特征在于:所述的氧化硅薄本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種新型硅鐿量子面等離子體光源，包括硅襯底（1），其特征在于：在硅襯底（1）的上表面設(shè)有間隔分布的氧化硅薄膜（2），在每個(gè)氧化硅薄膜（2）的頂面均設(shè)有一個(gè)形狀及大小對(duì)應(yīng)的鐿薄膜（3），同一組氧化硅薄膜（2）及鐿薄膜（3）組成一組硅鐿量子面。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃偉其，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：貴州大學(xué)，
類型：新型
國(guó)別省市：貴州;52