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纳米压印概念纳米压印是一种新兴的纳米加工技术，也被称为“纳米印刷”。
它利用纳米级的印刷技术，可以在纳米尺度上进行精确的图案制作和复制。
纳米压印技术是一种重要的制备纳米结构材料的方法，具有很高的潜力和广阔的应用前景。
纳米压印的原理是利用压印模具对待加工表面进行压力作用，通过控制压力、温度和时间等参数，将模具上的图案或结构传递到被压制物体上，形成纳米级的结构。
纳米压印可以实现高分辨率、高精度的图案复制，其制备的纳米结构材料具有优异的物理、化学和光学性能。
纳米压印技术可以广泛应用于纳米器件的制备和表面纳米结构的制作。
在纳米电子学领域中，纳米压印可以用于制备纳米级晶体管、纳米线阵列和纳米电极等元器件。
在光学领域中，纳米压印可以制备具有特定光学性质的纳米结构，用于制造光学元件、光子晶体和纳米光学器件等。
在生物医学领域中，纳米压印可以制备具有特定形态和功能的纳米生物材料，用于药物传递、细胞培养和生物传感器等应用。
此外，纳米压印还可以用于制备纳米级图形、纳米标记和纳米阵列等领域。
纳米压印技术具有很多优点。
首先，它可以在大范围内实现纳米结构的高效制备，具有高度的可扩展性和可重复性。
其次，纳米压印可以制备复杂多样的纳米结构，包括多层薄膜、纳米线和纳米孔等。
此外，纳米压印技术还可以在多种材料上实现纳米结构的制备，如金属、半导体和聚合物等。
最后，纳米压印技术相对于传统的制备方法，具有低成本和高效率的优势。
然而，纳米压印技术也存在一些挑战和限制。
首先，纳米压印的模具制备和维护成本较高，需要使用昂贵的设备和材料。
其次，在纳米压印过程中，材料的性质和变形机制会对纳米结构的形成和复制产生影响，需要仔细控制制备条件。
此外，纳米压印技术对材料的选择和性能有一定要求，不适用于所有材料和结构的制备。
纳米压印技术在科学研究和工业生产中都具有重要的应用价值。
在科学研究方面，纳米压印可以帮助研究者深入理解纳米尺度下材料的物理和化学特性，推动纳米科学的发展。
LED的成功应用案例-LED全彩显示屏作者：倪孟麟， 张莹作者单位：倪孟麟(天津市电视技术研究所)， 张莹(天津光电星球阳光显示技术有限公司)1.学位论文胡胜蓝GaN微米级发光二级管发光效率的研究2009在过去的四十年，发光二极管(LED)在技术上的进步是非常惊人的。
新的技术不断展现，LED在各个应用领域发挥越来越重要的角色。
相比其他光源，LED的电光转换效率更高。
但是发光效率还比较低，直接影响了LED产品的价格，从而制约LED在大尺寸LCD背光源、汽车前照灯和通用照明市场领域的应用，所以探讨如何提高LED器件的出光效率是一个很值得研究的内容。
微米级发光二极管(micro—LEDs)，特别是InGaN/GaN材料的微米级发光二极管是目前研究的热点领域。
人们都认为微米级发光二极管比传统宽条形LED的出光效率要高。
本文的研究内容主要包括如下几个方面：1.简要介绍了提高发光二极管(LED)外量子效率的几种途径，包括生长分布布拉格反射层结构、制作透明衬底、衬底剥离技术、倒装芯片技术、表面粗化技术、异形芯片技术等。
此外还介绍了发光材料、能带结构以及工艺对外量子效率的影响。
2.对微米级发光二极管，包括微盘发光二极管和微环发光二极管做了系统性回顾。
3.我们利用APSYS软件建立了微环发光二极管的三维模型，分别在电学和光学方面对其进行了仿真。
结果表明微环发光二极管比微盘和宽条形发光二极管具有更高的光提取效率，从理论上证实了早期的一些实验，同时提出了微环间潜在的光学作用。
此外，我们发现在光提取效率随着注入电流的增大而提高的同时，内量子效率有所降低。
4.我们再次利用APSYS软件建立了不同尺寸的微环发光二极管的三维模型，然后进行了仿真，从理论上扩展了早期的一些实验。
我们讨论了在外径相同的情况下，内径的改变对微环LED发光效率的影响。
此外，我们发现外径为20μm的微环LED，当内径增大到16μm左右时溢出损耗会非常明显。
第58卷第2期2009年2月1000 3290 2009 58(02 0959 05物理学报AC TA PHYSIC A SINICAVol. 58, No. 2, February, 20092009Chin. Phys. Soc.全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底*提高发光二极管外量子效率林瀚刘守张向苏刘宝林任雪畅(厦门大学物理系, 厦门 361005(2008年5月9日收到; 2008年6月6日收到修改稿为了提高GaN 基发光二极管(LED 的外量子效率, 在蓝宝石衬底制作了二维光子晶体. 衬底上的二维光子晶体结构采用激光全息技术和感应耦合等离子体(ICP 干法刻蚀技术制作, 然后采用金属氧化物化学气相沉积(MOC VD 技术在图形蓝宝石衬底(PSS 上生长2 m 厚的n 型GaN 层, 4层量子阱和200nm 厚的p 型GaN 层, 形成LED 结构. 衬底上制作的二维光子晶体为六角晶格结构, 晶格常数为3 8 m, 刻蚀深度为800nm. LED 器件光强输出测试结果显示, 在PSS 上制作的LED(PSS LED 的发光强度普遍高于蓝宝石平面衬底上的LED, 平均强度提高了100%.在PSS 和蓝宝石平面衬底上GaN 层的(0002 晶面采用X 射线测得的衍射摇摆曲线显示, PSS 上的GaN 晶体质量并没有提高, 表明PSS LED 外量子效率显著提高的原因不是由于内量子效率的提高, 而可能是由于二维光子晶体产生的散射作用导致提取效率的提高所致.关键词:全息, 发光二极管, 图形蓝宝石衬底, 外量子效率PACC :4240M , 7860F, 7850G部分光在界面被反射回来, 形成波导光被困在器件1 引言内部, 经过多次反射最终被半导体吸收, 转化为热能. 这不但造成了能量的大量损耗, 而且由于LED 经常工作在高温状态, 使LED 的使用寿命缩短. 在LED 中制作二维光子晶体结构来提高LED 的外量子效率是近年来的研究重点之一. 目前采取的方法[2, 3]主要有以下三种:一是在p 型Ga N 材料或铟锡[4]氧化物(ITO 层表面制作二维结构来提高器件的光提取效率; 二是在蓝宝石衬底的底面制作类似透[5]镜阵列的结构来提高LED 底面的光提取效率; 三是在蓝宝石衬底制作二维结构, 然后生长GaN 材料[6]制作成LED 器件. 研究表明, 第三种方法同时具[7]有提高内量子效率和提取效率的效果. 在第三种方法中, 衬底图形的制作大多采用半导体工艺的光刻法, 先将图形制作在衬底表面的遮挡层上, 然后用[8][9]干刻法或湿刻法将图形转移到蓝宝石衬底上. 采用光刻曝光的方法必须先制作光刻掩模版, 而一块光刻掩模版只能对应一个周期的结构, 不利于不同周期的衬底结构制作. 此外, 光刻工艺分辨率比较低, 不利于小周期图形的制作.目前, 发光二级管(LED 由于其节能、环保、长寿命的特性引起了人们的广泛关注, 是未来社会所需要的新型照明光源. 其中, GaN 基LED 作为蓝光照明材料, 其优势尤其明显:GaN 基LED 不但可以作为白光LED 的激发光源, 而且可以作为液晶显示的背光源、大幅广告和夜景光源等. 但是, 目前GaN 基LED 因亮度太低还无法广泛应用, 其主要根源是器件的内量子效率和光提取效率很低, 导致外量子效率低. 其很低的内量子效率是由于GaN 材料目前无法找到适配的衬底进行生长, 其与蓝宝石衬底的晶格失配为14%, 所以长成的Ga N 材料缺陷较多, 缺陷密度较大. 当电流注入的时候, 线缺陷吸收了部分电流而不能有效产生载流子, 使注入效率下降. 同时, 产生的载流子在缺陷能级无辐射复合, 而且载流子复合生成的光能容易被缺陷吸收, 产生热量. 光提取效率低主要是由于LED 材料与外界材料的折射率相差很大, 存在界面全反射作用. LED 发射的大*福建省青年人才创新项目(批准号:2007F3099 资助的课题. E xmu. cn[1]960物理学报58卷本研究采用全息技术代替光刻法在蓝宝石衬底上制作二维光子晶体图形. 所采用的全息技术具有光学系统简单、制作过程快速、能用一次曝光制作大面积光子晶体图形等优点. 此外, 还能靠调整光路参数来实现不同周期图形的制作, 具有很强的实用性和很低的结构制作成本. 实验中采用全息曝光加感应耦合等离子体(ICP 刻蚀技术在蓝宝石衬底上制作二维光子晶体结构. 所制作的光子晶体为六角晶格结构, 晶格常数为3 8 m, 在衬底中的刻蚀深度为800nm. 在图形蓝宝石衬底(PSS 上采用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD法制作GaN 基蓝光LED 器件. 器件输出测试结果显示, 在PSS 上制作的LED (PSS LED 的发光强度普遍高于蓝宝石平面衬底上的LED, 平均亮度提高了100%.GaN 的(0002 晶面X 射线衍射摇摆曲线显示, 在PSS 上生长的GaN 晶体的质量没有提高. 器件外量子效率提高的原因可能是由于二维结构产生的散射作用导致提取效率的提高.形成二维六角晶格图形. 图形的晶格常数D 取决于三束衍射光相对于系统光轴的夹角 , 可表示为D =3sin arccos 1- 222, (1式中为光栅的一级衍射角. 众所周知, 光栅的衍射角由光栅周期决定, 所以只要控制HOE 上光栅的周期, 即可获得所需晶格常数的二维六角晶格图形. 因此采用图1所示的光学系统, 可以很容易地制作不同周期的二维图形. 此外, HOE 上光栅的面积决定了一次曝光所制作的二维结构的面积, 所以面积为几个平方英寸的二维图形可以用一次曝光获得. 这十分有利于实现工业化的低成本、大批量制作.2 实验图1 在光刻胶上制作二维图形的全息光学系统示意图2 1 蓝宝石图形衬底的制作首先在蓝宝石衬底上用甩胶机涂布一层厚度大约为2 8 m 的美国产AZ500型正性光刻胶, 然后采用图1所示的全息光学系统在光刻胶上曝光, 制作光子晶体图形. 采用的光源是He Cd 激光器发出的波长为442nm 的激光. 激光束经过扩束滤波器扩束后, 再经过准直透镜形成平行光照射在全息光学元件(HOE上. HOE 是由三个两两夹角为120 并具有相同周期的光栅组成, 三个光栅的一级衍射光相互干涉将涂有光刻胶的蓝宝石衬底放在三束光的干涉区域中, 衬底平面与系统光轴相垂直, 衬底的解理面与二维晶格图形的一组晶列方向成30 角. 由于GaN 晶体的解理面与蓝宝石衬底的解理面相差30 , 因此所制作的光子晶体的一组晶列与GaN 晶体的解理面方向相同. 实验中所用的样品为半圆形衬底, 即2英2. 曝光时采用遮挡方直径的蓝宝石衬底片的1式只让一部分衬底受到曝光, 这样可以在同一片衬图2 PSS 的显微照片(结构晶格常数为3 8 m, 刻蚀深度800nm (a PSS 的光学显微镜照片, (b PSS 的A FM 照片2期林瀚等:全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率961底上制作两种LED(PSS LED 和普通LE D , 方便进行比较. 曝光以后的衬底经过显影, 在光刻胶上产生二维六角光子晶体结构, 晶格常数为3 8 m. 结构晶格格点的位置为空气圆孔, 圆孔穿透整个胶层. 然后对衬底进行ICP 刻蚀, 刻蚀深度为800nm. 图2是PSS 的显微照片, 其中图2(a 是光学显微镜拍摄的, 显示PSS 上的结构均匀; 图2(b 是在15 m 15 m 面积上获取的原子力显微镜(AFM 照片, 显示圆孔壁有倾斜, 圆孔直径随着深度增大而略变小. 2 2 GaN 基LED 的制作采用MOC VD 外延技术在PSS 上制作LED 器件:先生长一层厚度为2 m 的n 型GaN, 再生长4个周期的InGaN GaN 量子阱结构, 最后生长厚度约为200nm 的p 型GaN 层. 外延生长完后,采用通常域为p 电极. 由于在衬底上生长的外延层很薄, 从器件表明仍可以看到制作在衬底上的图形结构. 图4是整个器件的截面示意图.3 实验结果及分析发光强度分布测试表明:在20m A 注入电流下, PSS LED 的发光强度普遍远高于未制作结构区域的普通LED 的发光强度. PSS LED 的最高发光强度为65mcd, 而普通LED 的最高发光强度为50mcd, 最高发光强度相比提高了30%.将芯片中所有PSS LED 的平均亮度(55mcd 与所有普通LED 的平均亮度(27mcd 比较, 可得PSS LE D 的平均亮度提高了100%.分别在样片的PSS 区域和未做结构的区域取一个中等亮度的LED 进行! 发光强度电流∀曲线测试, 得到的结果示于图5. 图中三角形代表衬底未做结构的LED, 圆点代表PSS LED. 图5表明, 在不同的注入电流下, PSS LED 的发光强度都远高于普通LED.图3 制作完成的单个LED 器件的光学显微镜照片两个白色区域分别为两个电极图5 LED 光输出相对注入电流的变化曲线LED 的发光强度提高, 表明LE D 的外量子效率提高了. LED 的外量子效率取决于LED 的内量子效率和光提取效率, 并存在以下关系:! ext =! int ! lee ,(2图4 PSS LED 的截面示意图其中! ext , ! int 和! lee 分别为外量子效率、内量子效率和光提取效率. 从(2 式可知, LED 内量子效率或提取效率的提高都会导致PSS LED 外量子效率的提高. 为了分析本实验获得PSS LED 外量子效率提高的原因, 我们首先检测PSS 上的GaN 晶体质量是否有改变, 如果晶体质量提高了, 则表明内量子效率有提高. 检测方法是采用X 射线双晶衍射仪来获取(的半导体光刻法刻出电极台面, 然后在p 型Ga N 上采用真空镀膜方法制作一层250nm 厚的I TO 层作为电流扩展层, 再制作上p 电极和n 电极, 整个器件就制作完成. 图3是单个LED 的光学显微镜照片,,962物理学报58卷(FWHM , 以了解其位错情况是否有改善.图6是在室温下对GaN 晶体(0002 面测得的X 射线衍射摇摆曲线, 图中实线代表生长在PSS 上的GaN 晶体, 虚线代表生长在平面衬底的Ga N 晶体. 二条曲线显示生长在PSS 上的GaN 晶体的半峰全宽为256arcsec, 而生长在平面衬底上的GaN 晶体的半峰全宽为232arcsec. 两种GaN 晶体的半峰全宽十分接近, 证明生长在PSS 上的GaN 晶体的质量没有提高. 由此可以得出结论, 实验中所获得的PSS LED 外量子效率的提高不太可能是由于内量子效率的提高所致, 而可能是光提取效率的提高所致.值才会对波导光产生衍射. 光栅周期最大值d max 为d max =,n 1sin ∀-n 2(3其中n 1是GaN 的折射率, n 2是蓝宝石衬底的折射率, ∀为波导光入射到界面的角度(∀∃∀TI R , 为光波长. 利用(3 式计算得知, 我们在衬底制作的结构(d =3 m 只对入射角在52 4 %59 之间的波导光起衍射作用. 所以PSS 结构对波导光产生衍射导致提取效率提高的作用不明显.基于以上分析, 本实验获得明显外量子效率提高的原因很可能是由于PSS 中的二维结构对光产生的散射作用, 使原来被! n 型Ga N 衬底∀界面限制的波导光改变了传播角度, 使得其中一部分可以从LED 表面射出, 提高了LED 的提取效率.4 结论本研究在蓝宝石衬底上采用全息技术和ICP 刻蚀法制作了晶格常数为3 8 m 、深度为800nm 的二维六角晶格结构, 并采用MOCVD 法在PSS 上制作了蓝光GaN 基LE D. 输出测试显示, 在20mA 注入电流下, PSS 区域的LED 平均发光强度比普通LED 区图6 在PSS 上生长的GaN 晶体和在无结构衬底上生长的GaN 晶体在(0002 面的X 射线摇摆曲线域的平均发光强度提高了一倍. X 射线衍射分析表明, PSS 上的Ga N 晶体的质量没有提高, 意味着本实验制作的PSS LED 的外量子效率的提高不是由于内量子效率的提高, 而有可能是由于衬底结构对光产生散射, 导致提取效率的提高. 采用全息光学系统可以仅用一次曝光在蓝宝石衬底上制作大面积二维晶格结构, 并可方便地改变晶格常数, 有利于大批量低成本的工业化生产.本实验只在蓝宝石衬底制作了一种二维结构, 寻找更佳的结构周期、深度和形状, 有可能进一步提高LED 的外量子效率.作者感谢厦门三安光电股份有限公司帮助进行衬底ICP 刻蚀、电极制作和输出测试.二维六角晶格结构可以看作是由三组相隔120 的相同光栅构成, 光栅周期d 与晶格常数D 的关系[10]为d =D #sin60 . 本实验中PSS 结构的晶格常数为3 8 m, 所以相当于有三组周期为3 m 的光栅. 对于普通LED, 从有源区发出的光到达! n 型GaN 衬底∀界面时,由于GaN 的折射率(n 1=2 4 大于蓝宝石的折射率(n 2=1 76 , 入射角大于全反射角(∀TIR =52 4 的光在! n 型GaN 衬底∀界面被反射回来, 形成波导光. PSS 上的结构有可能对光产生散射或衍射作用, 从而改变光的传播角度, 使波导光射出LED. 从衍射理论可知, 光栅周期必须小于某一最大[1][2][3]Kang J Y, Huang Q S, Ogawa T 1999Acta Phys . Sin . 481372(i n Chinese [康俊勇、黄启圣、小川智哉1999物理学报481372]Ryu H Y, Lee Y H, Sellin R L, Bimberg D 2001Appl . Phys . L e tt . 793573Li Y, Zheng R S, Feng Y C, Liu S H, Niu H B 2006Chin . Phys . [4][5][6]Lin H, Zhang X S, Liu S, Ren X C 2008Proc . SPIE 6832683203Khiz ar M , Fan Z Y, Kim K H, Lin J Y, Jiang H X 2005Appl . Phys . Lett . 86173504Yamada M , Mitani T, Narukawa Y, Shi oji S, Niki I, Sonobe S, Deguchi K, Sano M, Mukai T 2002J . Appl . Phys . 41L1431Cuong T S, Ki m H G, C H, E K, Cho H K,2期林瀚等:全息技术制作二维光子晶体蓝宝石衬底提高发光二极管外量子效率Kong B H 2007Appl . Phys . Lett . 90131107[9][10]963Lee Y J, Hwang J M , Hs u T C, Hsieh M H, Jou M J, Lee B J, Lu T C, Kuo H C, Wang S C 2006IEEE Photon . Tec hnol . Lett . 181152Zhang X S, Liu S, Ren X C2006Proc . SPIE 6352635230[8]Wang W K, Wuu D S, Lin S H, Han P, Horng R H, Hs u T C, Huo D C, Jou M J, Yu Y H, Lin A 2005IEEE J . Quantum Electron . 411403Enhanced external quantum efficiency of light emitting diodes by fabricating two dimensional photon ic crystal sapphiresubstrate with holographic technique *Lin Han Liu Shou Zhang Xiang Su Liu Bao Lin Ren Xue Chang(Department o f Ph ysics , Xia men U ni ve rsit y , Xia me n 361005, Chin a (Received 9May 2008; revi sed manu scri pt received 6J une 2008AbstractI nvestigation in fabricating two dimensional (2D photonic crystal (PC on sapphire substrates for enhancing external efficienc y of Ga N based light e mitting diodes (LEDs is presented. 2D PC was fabricated on a sapphire substrate using holographic lithography and induc tively c oupled plasma (I CP dry etching. LEDs with 2 m thick n GaN laye r, four pairs of InGaN Ga N quantum well structures and 200nm thick p Ga N la yer were grown on the patterned sapphire substrate (PSS by metal or ganic chemic al vapor deposition (MOCVD. The PC fabricated on PSS has 2D hexagonal lattice pa ttern, with 3 8 m latt ice constant and 800nm depth. LED output measurement sho ws 100%inc rease in the average luminous intensity of PSS LEDs c ompared with tha t of conventioanl LEDs. The measured X ray rocking c urves of (0002 diffrac tion for GaN layers grown on patterned and non pa tterned sapphire substrate s indic ate that the quality of Ga N crystal grown on PSS is not improved, whic h implies that the large enhancement of exte rnal quantum e fficienc y of PSS LED is not c aused by the increase in inte rnal efficiencybut possibly by the inc rease in extraction efficie ncy, which results fro m the scattering of the PSS. Keywords :holography, light emitt ing diodes, patterned sapphire substrate, external quantum efficiency PACC :4240M, 7860F, 7850G*Project supported by the Program of Youth Scienti fic Innovation Talents of Fujian Province, Chi na (Grant No. 2007F3099 . E mail:hanlin@xmu. edu. cn。
纳米压印技术在器件制造中的应用在当今科技飞速发展的时代，器件制造领域不断追求更小的尺寸、更高的性能和更低的成本。
纳米压印技术作为一种新兴的微纳加工技术，凭借其独特的优势，在器件制造中展现出了广泛而重要的应用前景。
纳米压印技术的原理其实并不复杂。
它主要是通过将具有纳米结构的模板压印在涂有聚合物或其他材料的基底上，从而实现纳米级图案的复制。
这种技术就像是用印章盖章一样，只不过这个“印章”上的图案极其微小，达到了纳米级别。
在半导体器件制造中，纳米压印技术发挥着关键作用。
传统的光刻技术在制造更小尺寸的半导体器件时面临着诸多挑战，比如成本高昂、工艺复杂等。
而纳米压印技术能够有效地解决这些问题。
它可以用于制造更小线宽的集成电路，提高芯片的集成度和性能。
通过精确控制压印过程中的压力、温度和时间等参数，可以实现高精度的纳米图案转移，从而生产出性能更优越的半导体器件。
在光学器件制造方面，纳米压印技术也具有显著的优势。
例如，用于制造衍射光学元件，这些元件能够对光进行精确的控制和调制。
通过纳米压印技术，可以在光学材料表面形成周期性的纳米结构，从而实现特定的光学功能，如分光、聚焦和滤波等。
此外，还可以制造高分辨率的光学传感器，提高光学检测的灵敏度和准确性。
在数据存储领域，纳米压印技术为提高存储密度提供了新的途径。
传统的磁存储和光存储技术在追求更高存储密度时遇到了物理极限。
纳米压印技术可以制造出纳米级的存储单元，大大增加了单位面积内的数据存储量。
这意味着我们能够在更小的空间内存储更多的数据，为大数据时代的发展提供了有力的支持。
在生物传感器制造中，纳米压印技术同样具有重要意义。
它可以在生物传感器表面制造出纳米级的结构，增加传感器与生物分子的接触面积，提高检测的灵敏度和特异性。
例如，用于制造基因检测芯片和蛋白质检测芯片，能够快速准确地检测出生物体内的微量物质，对于疾病的早期诊断和治疗具有重要的意义。
然而，纳米压印技术在实际应用中也面临一些挑战。
纳米压印模板的制备方法和制备过程1. 简介纳米压印技术是一种将纳米级图案转移到基底上的方法，广泛应用于纳米电子学、光学、生物医学等领域。
纳米压印模板的制备是纳米压印技术的关键步骤之一，本文将介绍纳米压印模板的制备方法和具体制备过程。
2. 制备方法纳米压印模板的制备方法主要有两种：直接写入法和间接写入法。
2.1 直接写入法直接写入法是指通过电子束曝光或激光束曝光等直接将图案写入到模板材料上。
这种方法具有高分辨率和高精度的优点，适用于制备高质量的纳米压印模板。
2.1.1 电子束曝光法电子束曝光法是利用电子束照射模板材料表面，通过控制电子束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在电子束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到电子束曝光机中。
- 调整电子束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.1.2 激光束曝光法激光束曝光法是利用激光束照射模板材料表面，通过控制激光束的位置和强度来形成所需图案。
具体步骤如下： - 准备好待曝光的模板材料。
- 将模板材料放置在激光束曝光机中。
- 设计并输入图案信息到激光束曝光机中。
- 调整激光束的位置和强度，进行曝光。
- 完成曝光后，对模板材料进行显影、蚀刻等处理，得到最终的纳米压印模板。
2.2 间接写入法间接写入法是指通过制备一个原始模板，然后利用该原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
这种方法适用于大面积生产，并且可以降低制备成本。
2.2.1 纳米球自组装法纳米球自组装法是利用纳米颗粒在表面张力作用下自行排列成有序结构的方法。
具体步骤如下： - 准备好基底材料。
- 在基底上涂覆一层可溶于溶剂的聚合物薄膜。
- 将纳米颗粒悬浮液滴在聚合物薄膜上，使其自行排列成有序结构。
- 固化聚合物薄膜，形成原始模板。
- 利用原始模板制备出多个复制品作为纳米压印模板。
二维光子晶体
二维光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其结构类似于晶体，但
是其周期性结构是在平面上进行的。
这种材料可以通过控制其周期性
结构来控制光的传播和反射，因此在光电子学、光通信等领域有着广
泛的应用。
二维光子晶体的制备方法主要有两种：自组装法和纳米加工法。
自组
装法是指利用分子自身的亲疏水性质，在水中形成一定的排列方式，
从而形成二维光子晶体。
而纳米加工法则是通过纳米加工技术将材料
切割成一定大小和形状的纳米颗粒，并通过堆积、压实等方式形成二
维光子晶体。
二维光子晶体具有许多优异的物理特性，其中最重要的就是它们可以
产生完全禁带，这意味着它们可以阻止特定波长范围内的光线穿过材料。
这种完全禁带效应使得二维光子晶体在制备激光器、传感器、太
阳能电池等方面都有着广泛应用。
此外，二维光子晶体还可以用于制备微型光学器件。
例如，通过将二
维光子晶体切割成一定大小和形状的微米结构，可以制备出微型透镜、微型波导等器件。
这些器件由于尺寸小、重量轻、功耗低等特点，在
微纳电子学、生物医学等领域有着广泛应用。
总的来说，二维光子晶体是一种具有广泛应用前景的材料，其在光电子学、光通信等领域具有重要作用。
随着技术的不断发展和完善，相信二维光子晶体在未来会有更加广泛的应用。
纳米压印光刻工艺及其制造设备纳米压印光刻工艺是一种用于制作微纳米结构的先进工艺，其制造设备具有非常高的精度和复杂的工作原理。
本文将详细探讨纳米压印光刻工艺及其制造设备的原理、应用和发展趋势。
1. 纳米压印光刻工艺的原理纳米压印光刻工艺是一种通过模板将纳米级结构迅速转移到衬底表面的工艺。
其主要原理是利用模板与衬底间的力学变形，在高温和高压的条件下将模板上的图案转移到衬底表面上。
这一工艺通过不断压印、退印和清洗的循环过程，实现了高精度、高效率的微纳米结构制作。
2. 纳米压印光刻工艺的制造设备纳米压印光刻工艺的制造设备主要包括压印机、模板、衬底和控制系统。
压印机通常包括压印头、压印台和加热系统，能够提供足够的力和温度以确保模板与衬底之间的完全接触，并实现最佳的压印效果。
模板则是影响最终结构质量的关键因素，其制备需要高精度的光刻和电子束刻蚀技术。
衬底的选择与应用也至关重要，要根据具体的微纳米结构需求来进行合理选择。
3. 纳米压印光刻工艺的应用纳米压印光刻工艺在半导体、光伏、生物医学和纳米电子等领域有着广泛的应用。
在半导体行业中，纳米压印光刻工艺可以用于制作纳米级线路、光子晶体和纳米光栅等；在光伏领域，可用于制备太阳能电池表面的抗反射结构；在生物医学领域，可用于制备微流控芯片和细胞培养基板等。
这些应用都离不开纳米压印光刻工艺的支持，其高精度和高效率为微纳米结构的制备提供了重要保障。
4. 纳米压印光刻工艺的发展趋势随着科学技术的不断进步，纳米压印光刻工艺也在不断发展。
未来，人们对其精度、速度和多样化需求将会不断提高，因此其制造设备也需要不断迭代更新。
随着新材料和新技术的引入，纳米压印光刻工艺的应用范围将会不断扩大，为人类社会的发展带来更多可能性。
5. 个人观点和总结纳米压印光刻工艺及其制造设备是一种高精度、高效率的微纳米结构制备工艺，其在科学研究和产业应用中有着重要地位。
我对其发展前景充满信心，相信在未来的发展中，纳米压印光刻工艺将会发挥出更加重要的作用，为人类社会的进步做出更大的贡献。
纳米压印及其加工技术摘要：纳米压印是一种全新的纳米图形复制方法。
米压印可望成为一种工业化生产技术，从根本上开辟了各种纳米器件生产的广阔前景。
讲解了纳米压印相关技术种类，技术发展程度，及未来发展方向和应用前景。
关键词：纳米压印；影响因素；产业化发展7月16日，王旭迪老师在我校格物楼二楼学术报告厅开展一场主题报告，本次报告主题为“纳米压印及其加工技术”。
我专业80余人参加了此次报告会。
王老师讲解了纳米压印技术的分类、原理，以及此项技术的发展历程和应用前景。
一、纳米压印的技术方法纳米压印技术最早由Stephen 丫Choi教授在1995年率先提出,这是一种不同与传统光刻技术的全新图形转移技术。
纳米压印技术的定义为：不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形，而是直接在硅衬底或者其它衬底上利用物理学的机理构造纳米尺寸图形。
纳米压印技术是一种目前在国际上引起普遍关注的具有超高分辨率的新纳米光刻方法，可以在柔性聚合物等薄膜上形成分辨率小于10nm的大面积三维人工结构。
纳米压印分为两步：压印和图形的转移。
将模版与基片进行对准，基片由硅片和聚合物形成的抗蚀层组成。
通常热压印中抗蚀层为传统光刻胶聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）,且压印前已经均匀固化在硅片上。
然后加压，使模版上的微细图形转移到抗蚀剂上。
最后进行脱模分离，使模版与抗蚀层分离。
后续工艺为采用反应离子刻蚀（RIE）将残余层除去。
这就完成了整个压印过程。
传统纳米压印技术主要有三种：热塑纳米压印技术、紫外固化压印技术和微接触纳米压印技术。
1.1热塑纳米压印技术热塑纳米压印技术主要的工艺流程：制备高精度掩模板，一般采用硬度大和化学性质稳定的SiC、SisN、SQ2 ,利用电子束蚀刻技术或反应离子蚀刻技术来产生图案；利用旋涂的方式在基板上涂覆光刻胶,常见的是PMM和PS加热至光刻胶的玻璃化转换温度（Tg）之上50C〜100C ,然后加压（500kPa〜1 OOOkPa）于模板并保持温度和压力一段时间，液态光刻胶填充掩模版图形空隙；降低温度至Tg以下后脱模，将图形从模板转移到基片上的光刻胶；采用反应离子刻蚀去除残留光刻胶，就将图形转移到基板上。
专利名称：制造纳米压印模具的方法、利用由此制造的纳米压印模具制造发光二极管的方法以及由此制造的发光
二极管
专利类型：发明专利
发明人：李钟览,孙俊豪,宋阳熙
申请号：CN201180037163.1
申请日：20111028
公开号：CN103038038A
公开日：
20130410
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及制造纳米压印模具的方法、使用该纳米压印模具的发光二极管以及制造发光二极管的方法。
本发明的制造发光二极管的方法包括：在临时基板上形成n型氮化物半导体层、发光层和p型氮化物半导体层的步骤；在p型氮化物半导体层上形成p型电极的步骤；在p型电极上形成导电基板的步骤；通过去除临时基板而露出n型氮化物半导体层的步骤；在n型氮化物半导体层上形成纳米压印抗蚀剂层的步骤；通过将纳米压印模具按压在纳米压印抗蚀剂层上来将纳米图案转印到纳米压印抗蚀剂层上的步骤；将纳米压印模具与具有纳米图案的纳米压印抗蚀剂层分离开的步骤；以及通过刻蚀具有纳米图案的纳米压印抗蚀剂层的一部分来形成n型电极的步骤。
本发明得到了一种制造可以有效地并经济地形成用于增强发光二极管的光提取效率的纳米压印模具的方法、制造发光二极管的方法以及利用纳米压印模具的发光二极管。
申请人：浦项工科大学校产学协力团
地址：韩国庆尚北道
国籍：KR
代理机构：北京三友知识产权代理有限公司
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纳米压印技术制备表面二维光子晶体发光二极管陈志远;刘宝林;朱丽虹;樊海涛;曾凡明;林飞【摘要】研究利用纳米压印技术在氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)表面制备二维光子晶体结构对器件出光的影响.利用聚合物(IPS)软模板二次压印技术,在样品表面形成较为完整的掩膜,通过感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺分别在p GaN层与ITO 层成功制备了较大面积的光子晶体结构,结构周期为465 nm,孔状结构直径为245 nm.制成芯片后对样品进行测试,结果表明在LED表面制备二维光子晶体结构会导致LED芯片光谱峰值位置发生偏移,同时在p GaN层制备二维光子晶体结构能够将LED芯片的发光强度提高39％,而在ITO层所制备的光子晶体结构并未对器件的性能有显著的改善.【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(053)005【总页数】6页(P693-698)【关键词】纳米压印;光子晶体;氮化镓;发光二极管【作者】陈志远;刘宝林;朱丽虹;樊海涛;曾凡明;林飞【作者单位】厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门 361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门 361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门 361005;厦门大学化学化工学院,福建厦门 361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门 361005【正文语种】中文【中图分类】O475发光二极管(LED)取代白炽灯与荧光灯成为下一代日常照明光源已经成为世界各国政府、科技界以及产业界的共识．目前LED光提取效率较低是困扰学者们的一大难题,产生这一问题的原因在于构成传统LED的主要材料氮化镓(GaN)具有较高的折射率,因此GaN基LED芯片有源层产生的大部分光在GaN与空气界面处发生全反射从而难以从芯片中逃逸出去．如何有效提高LED器件的光提取效率是这一领域目前的重点课题之一．利用光子晶体结构提高LED器件的光提取效率是继LED倒装结构[1]、分布布拉格反射层(DBR)[2]和表面粗化技术[3]之后的又一重要方法．目前利用光子晶体结构来提高LED器件性能的方法主要有以下几种:1) 在GaN基LED的有源层制备光子晶体结构[4],利用光子晶体结构的光子禁带效应提高光提取效率;2) 在GaN基LED 的蓝宝石衬底制备光子晶体结构[5],研究表明这一方法在提高光提取效率的同时还能改善GaN晶体的生长质量;3) 在GaN基LED的p-GaN层或ITO层表面制备二维光子晶体结构[6-8],利用光子晶体结构的光子禁带效应和衍射作用提高器件的光提取效率．Oder等曾在GaN基LED的有源层成功制备二维光子晶体结构,通过测试表明采用这类光子晶体结构能够将LED的发光强度提高1倍;Wu等[9]则通过在p-GaN表面制备二维光子晶体结构来提高LED的光提取效率,实验表明光子晶体LED的发光强度为普通LED的1.9倍．由于在LED表面制备光子晶体结构的工艺流程较为简单且不会对LED有源层造成损伤,因此这一方法正逐渐成为光子晶体LED领域的研究热点．目前制备二维光子晶体结构的主要方法有电子束光刻[10]、光全息[11]和纳米压印[12]等．相对于其他制备方法,纳米压印技术具有工艺简单、结构完整、易大面积制备等优点,故本文采用该技术来实现二维光子晶体结构的制备．由于压印过程需要对模板及衬底施加一定的压力,若模板与衬底均采用硬度较大的材料则可能导致模板和衬底发生损坏甚至碎裂．因此,本研究采用聚合物(IPS)软模板对样品表面进行压印,能够在保护压印模板的同时在样品表面形成完整的纳米结构．纳米压印之后对样品进行感应耦合等离子体(ICP)刻蚀从而在p-GaN和ITO层表面获得光子晶体结构,最后将样品进行相关封装工艺并进行测试．1 实验过程1.1 GaN基LED制备本文使用的GaN基LED外延片以(0001)面蓝宝石为衬底,通过金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)生长得到,生长设备由英国Thomas Swan公司制造．外延片结构包括低温GaN缓冲层、n型GaN、10个周期InGaN/GaN量子阱、p型GaN和ITO等．实验准备阶段将直径为5.08 cm(2英寸)的LED外延片切割为3份,分别用于制备p-GaN光子晶体结构、ITO光子晶体结构和普通LED芯片以便进行后期测试与对比．1.2 纳米压印制备p-GaN表面光子晶体结构由于我们采用IPS软模板进行压印过程中图形的转移,因此在p-GaN表面进行纳米压印之前需完成IPS软模板的制备．本研究采用Obducat公司生产的Ertie 6紫外纳米压印设备完成整个压印过程．通过第1次压印将镍模板上的纳米结构复制到IPS软模板上,压印过程中首先将温度控制在150 ℃,在压强为0.1 MPa的条件下压印60 s,之后将压强升高至4 MPa并继续保持压印状态120 s,最终将温度降低至110 ℃后脱模．本文中所采用的镍模板为立方晶格结构,其周期为465 nm,孔状结构直径为245 nm,图1为镍模板表面在扫描电子显微镜(SEM)下的图像．图1 镍模板表面SEM图像Fig.1 The SEM image of the nickel template surface由于刻蚀GaN的过程中GaN材料与二氧化硅(SiO2)具有较高的选择比,因此压印之前我们先在p-GaN层上沉积一层SiO2作为最终刻蚀p-GaN层的掩膜．我们采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)在250 ℃条件下生长一层约100 nm 厚的SiO2掩膜,所用设备为北京创微纳科技有限公司生产的PECVD-2型等离子体淀积台．SiO2掩膜沉积完毕后利用旋转涂胶机制备胶体掩膜,在设备转速为2 000 r/min的条件下运行1 min,最终在样品表面形成约220 nm厚的胶体掩膜．第2次压印采用之前制备的IPS软模板对p-GaN层进行压印,压印过程温度控制在65 ℃,压强控制在3 MPa,首先在无紫外照射的情况下压印60 s使压印胶在IPS软模板内完全填充,之后进行紫外照射并持续60 s,最终再在无紫外照射的条件下持续压印180 s后完成压印并脱模．图2为压印之后胶体表面的原子力显微镜(AFM)扫描图片,从图中可以看出通过IPS软模板进行压印完整地实现了结构的复制,胶体表面较为平整,结构尺寸与初始镍模板完全一致．图2 压印完成后样品表面胶体掩膜AFM图像Fig.2 AFM image of the sample surface after nanoimprint lithography压印完成后利用等离子体去胶机将纳米结构底部的残胶去处,之后利用三氟甲烷(CHF3)气体对SiO2进行ICP刻蚀,即将胶体掩膜上的图形复制到SiO2上,刻蚀过程ICP功率为300 W．图3为刻蚀之后SiO2掩膜的SEM图像,从图中可以看出SiO2掩膜仍保持了较高的完整性．在保证p-GaN从SiO2掩膜层中暴露出来后对p-GaN层进行ICP刻蚀,所用气体为氯气(Cl2)和三氯化硼(BCl3),最后用缓释氢氟酸溶液除去样品表面的SiO2掩膜,并对样品进行ITO层的蒸镀与退火以及电极的制备等,最终制成LED芯片．图3 SiO2刻蚀之后表面SEM图像Fig.3 SEM image of the surface after etching silica mask1.3 纳米压印制备ITO表面光子晶体结构在ITO层制备光子晶体结构同样采用了IPS软模板进行图形转移,与在p-GaN层制备光子晶体结构不同,在ITO层制备光子晶体结构不需要进行SiO2的沉积．IPS 软模板制备完毕之后,直接在ITO层表面匀上压印胶并进行压印,压印后同样采用等离子体去胶机去除残胶,然后以压印胶为掩膜对ITO层进行ICP刻蚀,刻蚀过程采用甲烷(CH4)/氢气(H2)作为反应气体,ICP功率为740 W．刻蚀完成后用等离子体去胶机将残胶完全去除,最后进行退火、电极的制备等工艺最终制成LED芯片．图4为AFM下的ITO光子晶体图像,从图中可以看出ITO表面光子晶体结构的周期与模板较为一致,但是结构整体粗糙度较大,孔状边界较为模糊,我们猜测这一现象是由于刻蚀工艺及退火过程对ITO造成一定影响所导致的．图4 退火之后ITO表面光子晶体结构AFM图像Fig.4 AFM image of the ITO photonic crystal after annealing2 测试与分析我们采用HASS 2000灯具性能测试系统分别对普通LED芯片、p-GaN光子晶体结构LED芯片和ITO光子晶体结构LED芯片进行光谱峰值位置测试与光强测试．首先,对3种样品分别进行10 mA正向电流注入条件下的电致发光(EL)光谱测试,测试结果如图5所示．从图中可以看出p-GaN光子晶体LED、ITO光子晶体LED与普通LED的峰值分别位于455，453，449 nm处,这一现象初步表明p-GaN光子晶体LED的光谱峰值相对于普通LED具有明显的红移现象．为了进一步对这一现象进行研究,我们对3种样品分别取500个有效测试点进行60 mA正向电流注入条件下的EL光谱峰值测试,对结果进行统计处理得到3类样品光谱峰值位置分布柱状图．从图6中可以看出,p-GaN光子晶体LED芯片的峰值位置主要位于446～450 nm;ITO光子晶体LED芯片的峰值位置主要位于442～446 nm;普通结构LED芯片的峰值位置与ITO光子晶体LED芯片相似,主要位于442～446 nm,二者之间的区别在于普通结构LED芯片的峰值位置在444～446 nm内比例较大,而ITO光子晶体LED芯片的峰值位置在442～444 nm内比例较大．对表面二维光子晶体结构LED进行研究的其他学者同样发现了波峰偏移现象,但是并未给出明确的解答[13]．我们认为峰值波长存在差异的原因在于不同光子晶体结构对于不同波长的光起到的调制程度并不相同,即特定光子晶体结构对特定波段的光起到的增强作用更为明显,因此不同光子晶体结构会导致LED芯片的发光峰值发生不同方向与程度的偏移．图5 3种样品的EL光谱Fig.5 Electroluminescence spectra of three samples (a)p-GaN光子晶体LED;(b)ITO光子晶体LED;(c)普通LED.图6 3种样品光谱峰值位置分布Fig.6 Spectral distribution histograms of three samples图7为60 mA电流注入条件下3种样品各500个有效测试点的相对光强分布柱状图,图中横坐标为芯片测试点相对光强值(LOP),纵坐标为测试点数目所占百分比．从图中可以看出,p-GaN光子晶体LED芯片的相对光强比普通LED有明显地提高,普通LED芯片的光强主要分布在28～34之间,而p-GaN光子晶体LED芯片500个测试点中有超过90%的发光强度超过34．继续对p-GaN光子晶体LED和普通LED各500个测试点的相对光强数据进行方差分析,方差分析法通过检定值F 和巧合概率P可以确定变量作用是否显著,在本文中即表征p-GaN光子晶体结构的光强提升效果是否显著,所得结果如表1和2所示．从表中可以看出:1) p-GaN 光子晶体LED相对光强的方差值比普通LED大,这说明尽管p-GaN光子晶体结构能够提高LED芯片的发光强度,但是由于光子晶体为纳米量级结构,工艺过程中的微小因素会导致同一芯片各处纳米结构的不同,进而导致结构对芯片光强的提升能力不同;2) 从表2中可以看出本次方差分析结果中的F值远大于1,而P值远小于显著水平(α=0.05),这表明两组数据的组间差异远大于数据本身的组内差异,即证明了p-GaN光子晶体结构能够有效地对LED芯片产生作用;3) 通过对二者相对光强的平均值进行对比,我们发现p-GaN光子晶体结构能够将LED芯片的光强提高约39%．而ITO光子晶体LED,其相对光强分布与普通LED芯片基本相同,方差分析结果表明其相对光强较普通LED并未有明显提升．(a)p-GaN光子晶体LED;(b)ITO光子晶体 LED;(c)普通LED.图7 3种样品相对光强分布柱状图Fig.7 Relative luminous intensity distribution histograms of the three samples表面二维光子晶体结构能够提高LED芯片光强的原因主要有2点:1) 光子晶体结构特有的光子禁带能够使得频率落入其禁带范围内的光被禁止传播,当这类特定频率的光从芯片有源层发射到芯片表面时会受到二维光子晶体结构的作用耦合成辐射模式从而逃逸出LED芯片;2)表面二维光子晶体结构还能够对光起到衍射作用,当光入射到芯片表面时,光子晶体的周期性结构能够对光波进行作用,使得部分原本应该发生全反射的光被耦合成出射光从而进一步提高了芯片的光提取效率．为了分析本研究中光子晶体结构提高LED芯片发光强度的主要机制,我们运用RSOFT软件的Bandsolve模块对文中制备的光子晶体进行能带结构计算,计算过程分别考虑了p-GaN/空气界面与ITO/空气界面2种情况．计算结果如图8所示,从图中可以看出在上述结构参数条件下2种界面的光子晶体均未体现出光子禁带,因此本文研究制备的表面二维光子晶体是利用其自身周期性结构使入射光在其界面处发生衍射,导致部分本该发生全反射的光成功逃逸出LED芯片,最终提高芯片的光提取效率．ITO光子晶体结构对光强的提高效果并不明显的主要原因有2点:1) 由于光从LED芯片的有源区入射到p-GaN与ITO界面时存在全反射现象,只有约16%的光能够顺利进入ITO层;2) 刻蚀工艺及退火过程可能对ITO材料造成一定影响,这些因素综合作用使得本文中ITO光子晶体结构并未有效提高LED芯片的发光强度．表1 测试点相对光强数据统计表Tab.1 Relative luminous intensity dataTable of the test pointsLED种类观测数求和平均值方差 p-GaN光子晶体50020 966.7741.933 5425.827 12 普通50015 074.4930.148 998.341 33表2 测试点相对光强数据方差分析Tab.2 Variance analysis of the relativeluminous intensity data差异源变量自由度变量均方FP 组间34 718.9134 718.92 032.226.3×10-243 组内17 050.0699817.084 23图8 2种界面条件下光子晶体能带结构Fig.8 Photonic crystal band structure of two interface conditions3 结论本文通过纳米压印技术在GaN基LED芯片的p-GaN层和ITO层分别制备了二维光子晶体结构,压印过程采用IPS软模板保证了结构的完整性与精确性,最终通过测试与数据分析证明了表面光子晶体结构确实能够提高LED芯片的发光强度．本文的主要结论如下:首先,LED芯片表面光子晶体结构会对芯片光谱峰值位置产生一定影响,文中分析产生这一现象的原因可能是由于光子晶体结构会增强LED芯片内部特定波段光的出射,从而导致了光谱峰值位置相对普通LED芯片发生偏移;其次,p-GaN二维光子晶体结构确实能够有效地提高LED芯片的发光强度,文中p-GaN光子晶体LED的相对光强是普通LED的1.39倍;最后,ITO光子晶体在本文中并未对LED芯片的光强有明显的作用,推测原因是光从LED芯片有源层出射的过程中在p-GaN与ITO界面由于存在全反射现象损耗较大,同时刻蚀以及退火过程会对ITO表面的光子晶体结构造成一定影响,这些因素综合导致了ITO光子晶体结构并未明显提高LED芯片的发光强度．【相关文献】[1] Kim H,Lee S N,Cho 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