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《浙江大学》 2011年
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SiO_2纳米颗粒在光学器件上的应用

许坚  
【摘要】:SiO2纳米颗粒由于其优越的光学性能,其阵列结构在光学领域具有广泛的应用。我们利用Stober法制备了Si02胶体粒子,并且利用静电自组装技术将Si02胶体粒子组装到不同的光学器件上。静电自组装技术是组装带电粒子的一种有效方法,操作简单,设备要求低,成本低廉。本文基于Si02纳米颗粒的光学性质,研究了Si02纳米颗粒在太阳能减反射膜和提高GaN基LED出光效率上的应用。 严格耦合波理论(Rigorous Coupled-Wave Analysis RCWA)常常用来分析表面微结构的反射和衍射行为,但是RCWA算法复杂,计算耗时。本文提出了一种基于薄膜特征矩阵(Thin Film Characteristic Matrix)的改进算法用来计算微结构的反射率。实验证明,对于相同的结构,TFCM的计算结果与RCWA结果吻合较好。本文同时说明了TFCM法的适用情况。 本文提出了一种基于提拉法制备的宽带减反膜的新结构。该膜系包括玻璃衬底、溶胶凝胶法制备的SiO2薄膜基本层、SiO2纳米颗粒层以及较薄的SiO2交联薄膜层。该膜系的折射率沿衬底到空气方向递减,且厚度匹配,能在400-1400nm波长范围内实现较好的减反效果。由于使用了SiO2纳米颗粒,该膜系在大角度入射时也具有良好的减反功能。同时该方法易于制备大面积薄膜,其最外层的SiO2薄膜还可有效提高整个膜系的机械性能与牢固度。 通过提拉法在蓝宝石衬底表面静电自组装单层SiO2纳米球,得到纳米球非紧密排列的类似图形衬底的微观结构,该结构的制备与后续外延工艺独立。器件经封装后,测得在纳米球图形衬底上获得的LED芯片其光通量比未加图形化衬底的传统LED提高57%,光输出功率提高了17.8%。实验证明,SiO2纳米颗粒阵列不仅能够提供区域化生长的模板,有效减少外延层的位错密度,而且能够通过粗化衬底表面增加光线逸出的几率,从而有效地提高了出光效率。
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