本文選題：圖案化藍寶石襯底　切入點：納米壓印　出處：《南京大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：LED是一種節(jié)能環(huán)保的光源,具有光電轉換效率高、使用壽命長、體積小等優(yōu)點,因此被廣泛應用于各種顯示器的光源、車燈、交通信號燈等方面。另外,當基于InGaN/GaN的藍光LED出現后,白光LED的制備變得簡單易行。因此,LED在室內外照明燈領域可獲得進一步的應用。隨著碳納米管的發(fā)現,一維納米材料也受到了廣泛的研究。由于硅材料具有4200 mAh/g的最高理論比容量,研究者們期望用硅來取代現在普遍使用的石墨來作為鋰離子電池的負極材料以提高電池容量。然而,硅在電池充放電后容易因嵌鋰前后體積變化過大而造成材料粉化。硅納米線具有高深寬比、比表面積大、機械性能優(yōu)異的特點,有可能克服以上缺點。此外,在超低壓力氣體檢測、生物傳感器、溶液離子濃度檢測以及作為壓印模板方面,硅納米線都有著潛在的應用前景。因此,本文主要研究納米圖案化藍寶石襯底和硅納米線的制備。采用納米壓印技術制備納米圖案化藍寶石襯底時主要采用的是硬質納米壓印模板。由于藍寶石表面的翹曲,使得壓印得到的納米結構缺陷較多,同時壓印模板也容易損壞,本文的第一個工作力圖解決這兩個問題。硅納米線的傳統(tǒng)制備方法包括氣液固方法(Vapor-liquid-solid method, VLS)、激光燒蝕法、化學氣相沉積法等,但這些方法成本高昂或者反應條件苛刻,且生長出的硅納米線容易受到催化劑污染、生長過程難于控制。本文的第二部分工作力求采用新的工藝改變這些問題,并積極探求硅納米線的實際應用。本文基于低成本、大面積的制備納米圖案的需求,做了以下的工作：利用復合納米壓印技術制備納米圖案化藍寶石襯底。在壓印過程中分別利用單層和雙層膠壓印方法,制備了刻蝕藍寶石襯底的掩膜。以納米壓印膠為掩膜,分別利用濕法刻蝕和干法刻蝕兩種方法制備納米圖案化藍寶石襯底并比較了這兩種方法的優(yōu)缺點。最后發(fā)現用Ni為掩膜配合干法刻蝕,可以制備出比較好的結構。為了研究納米圖案化藍寶石襯底對于藍光LED性能的提升,我們利用MOCVD在平面藍寶石襯底和納米圖案化藍寶石襯底上分別制備了藍光LED,并測試了這兩種LED的性能。研究發(fā)現,納米圖案化藍寶石襯底上的藍光LED的性能相比于平片LED,在光致發(fā)光、電致發(fā)光等方面都有了明顯的提升。分別以納米壓印技術和濺射鍍膜技術為基礎制備高深寬比的硅結構。我們利用濺射鍍膜技術制備了大面積無序的金納米結構。然后,以這種金納米結構為基礎,利用金輔助化學刻蝕制備了高深寬比的硅納米孔洞結構。另外,我們以納米壓印技術為基礎制備納米圖案,利用涂膠、壓印、蒸發(fā)鍍膜、舉離等方法制備了周期性的硅納米結構。然后通過濺射鍍金,接著利用金輔助化學刻蝕制備了高深寬比的硅納米線陣列。這種高深寬比的硅納米結構在納米壓印模板、生物傳感、鋰離子電池的負極材料中都有著潛在的應用。本文分四個部分,緒論部分主要介紹了幾種納米加工和納米壓印技術。第二章首先簡述了LED的發(fā)展歷史及藍光LED用圖案化襯底結構的優(yōu)點,然后概述了傳統(tǒng)的方法以及納米壓印方法制備圖案化結構。最后,實驗部分詳細記錄了實驗進展并得出結論。第三章研究了硅納米線的制備,詳細討論了金催化輔助化學刻蝕的過程。第四部分是總結和展望。
[Abstract]:LED is a light source of energy saving and environmental protection, has high photoelectric conversion efficiency, long service life, the advantages of small size, light source, so it is widely used in all kinds of display lights, traffic lights and so on. In addition, when the InGaN/GaN based blue LED appears, white LED preparation becomes simple. Therefore, LED in the indoor and outdoor lighting field can be further applied. With the discovery of carbon nanotubes, nano materials have been widely studied. Due to the highest theory of silicon material has a specific capacity of 4200 mAh/g, the researchers expected to replace silicon anode materials with graphite are commonly used as lithium ion battery to improve battery capacity. However, silicon in the battery charge and discharge after after intercalation due to volume changes caused by excessive material powder. Silicon nanowires with high aspect ratio, large surface area, excellent mechanical performance characteristics, have May overcome the above disadvantages. In addition, in the ultra low pressure gas detection, biosensor, ion concentration detection as well as the imprint template, silicon nanowires have a potential application prospect. Therefore, this paper mainly studies the nano patterned sapphire and silicon nanowires were fabricated by nanoimprint lithography. Preparation of nano patterned sapphire when the substrate is mainly used in hard nano imprint template. Warping of the sapphire surface, nano structure defects makes the impression, but also easy to damage the imprint template, the first work of this paper tries to solve these two problems. The traditional preparation method of silicon nanowires including gas liquid solid (Vapor-liquid-solid method VLS) method, laser ablation, chemical vapor deposition, but these methods are expensive or harsh reaction conditions, the growth of silicon nanowires and vulnerable to catalysis Agent pollution, it is difficult to control the growth process. The second part of this work to the use of the new technology to change these problems, and actively explore the practical application of the silicon nanowires. Based on low cost, large area nano pattern needs to do the following work: the preparation of nano patterned sapphire substrate using composite nano imprint technology. Single and double glue imprint method were used in the stamping process and mask etching of sapphire substrate was prepared. The nano imprint glue as a mask, two kinds of method for wet etching and dry etching were used to prepare nano patterned sapphire substrate and compares the advantages and disadvantages of the two methods. Finally found Ni mask with dry etching can be prepared by a good structure. In order to study the nano patterned sapphire substrate to enhance the performance of LED for Blu ray, we use MOCVD in the plane of sapphire lining The bottom and nano patterned sapphire substrates were prepared by the blue LED, the performance of the two LED and tested. It is found that the properties of nano patterned sapphire substrates of blue LED compared to LED in plain film, photoluminescence, electroluminescence and other aspects have been significantly improved. With nano imprint technology and sputtering technology for preparing silicon structures with high aspect ratio based system. We use the sputtering of gold nano structure disorder of large area were prepared. Then, with the gold nano structure, high aspect ratio silicon nano pore structure were prepared by metal assisted chemical etching. In addition, our basic system the preparation of nano pattern with nano imprint technique for the use of glue, embossing, evaporation, lift etc. silicon nano periodic structures were prepared by sputtering. Then the gold, to prepare high aspect ratio by gold assisted chemical etching system The silicon nanowire arrays. The high aspect ratio of silicon nanostructures in nanoimprint lithography, biosensing, anode materials for lithium ion batteries have a potential application. This paper is divided into four parts, the introduction part mainly introduces several kinds of nanometer processing and nano imprint technology. The second chapter first introduces the advantages of a patterned substrate the structure of the history and development of blue LED LED, and then summarizes the preparation of patterned structure of traditional method and nano imprint method. Finally, the experimental part of a detailed record of the experimental progress and conclusion. The third chapter studies the preparation of silicon nanowires, gold catalysis assisted chemical etching process is discussed in detail. The fourth part is the summary and outlook.

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN304.12;TB383.1

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本文編號：1622011