北京工业大学硕士学位论文利用自组装掩膜技术提高发光二极管的出光效率姓名：邓琛申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：徐晨20090501摘要摘要自诞生以来，发光二极管( L i g h tE m i t t i n gD i o d e ，L E D ) 作为一种新型的发光体就倍受关注特别是进入2 l 世纪后，世界面临严重的能源、环境危机，而照明消耗了大量的电力资源，因此，有必要改进现有的照明设备，提高其效率半导体照明作为一种新兴的照明技术，与传统的白炽灯或荧光灯照明相比，它具有电光转换效率高、体积小、寿命长、节能和安全环保等优点国内外都非常关注这一领域的发展虽然在仪器状态指示灯、交通信号指示灯、背光源和景观照明等领域，半导体照明技术已经得到广泛的应用，但在传统照明领域，由于L E D 的光提取效率问题、散热问题和相对昂贵的价格，使得半导体照明的应用受到局限本课题的工作在国家8 6 3 项目和北京市人才强教计划项目的支持下进行，主要目的是提高L E D 的出光效率首先，本文介绍了目前国内外在这方面的研究进展，分析了在L E D 表面制作微结构对其出光效率的影响；其次，介绍了表面微结构的制作方法，即半导体材料的蚀刻技术，分别采用I C P 等离子刻蚀技术和湿法腐蚀技术，进行了G a P 材料的蚀刻规律研究：本文还在研究分子自组装技术的基础上，探索出一套制备高聚物可控自组装新型纳米掩膜的工艺方法；最后，采用湿法腐蚀技术，利用高聚物掩膜在红光L E D 表面制作出微纳米结构，提高了L E D 的出光效率：为解决表面微结构给L E D 制作工艺带来的问题，对工艺流程进行了优化，最终使L E D 性能得到全面提升。
主要开展工作如下：1 ．高聚物可控自组装纳米掩膜的研究研究了高聚物的自组装机理和微相分离原理，探索了高分子共混物及其单层薄膜的制备方法以溶液共混和旋转涂膜的加工方法为基础，开发一套制备P S ／P M M A 自组装薄膜的工艺方法研究了影响薄膜形貌的因素，如共混物溶液浓度、共混物组分配、旋涂速度以及工艺流程等，通过对这些因素的控制，实现了薄膜结构参数的调节当P S 和P M M A 的质量比为2 ：8 时，P S 呈微球状分散相，P M M A 呈连续相当溶液浓度为1 0 m g ／m l 时，以3 0 0 0 - - - 4 0 0 0 r p m 转速旋涂，得到平均直径在3 0 0 - - - 5 0 0 n m 左右均匀分散的P S 微球：当溶液浓度为2 5 m g ／m l 时，以4 0 0 0 r p m 的转速旋涂，得到平均直径在8 0 0 n m 左右均匀分散的P S 微球改变P S 和P M M A 质量比，可以实现相态转换利用环己烷对P S 和P M M A 的溶解度差异，对P S ／P M M A 共混物薄膜进行再加工，得到了适用于半导体表面蚀刻的具有纳米微孔的P M M A 掩膜。
2 ．G a P 表面形貌控制的研究研究了湿法化学腐蚀和I C P 干法刻蚀对G a P 材料的蚀刻规律具体地，在I C P 刻蚀系统中采用B C l 3 ／A r 刻蚀气体对G a P 材料的刻蚀速率和刻蚀形貌进行A B S T R A C T _IA BS T R A C TL i g h tE m i t t i n gD i o d e ( L E D ) h a sd r a w ng r e a ta t t e n t i o no na San o v e ll i g h ts o u r c es i n c ei tW a Si n v e n t e d ．E s p e c i a l l yi nt h e21s tc e n t u r y , t h ew o r l di sf a c i n gs e r i o u se n e r g ya n de n v i r o n m e n t a le r i s i sa n di l l u m i n a t i o nc o n s u m e sal a r g ea m o u n to fe l e c t r i c i t y , S Oi ti sn e c e s s a r yt oi m p r o v et h ee x i s t i n gi l l u m i n a t i o ne q u i p m e n t sa n dt h e i re f f i c i e n c y ．L E D su s e d 够r e p l a c e m e n tf o ri n c a n d e s c e n tl i g h tb u l b sa n df l u o r e s c e n tl a m p sa r ek n o w na ss o l i d ．s t a t el i g h t i n g ( S S L ) ．T h eh i g he f f i c i e n c ya n d1 0 n gl i f e t i m eo fL E D sm a k eS S Lv e r ya t t r a c t i v e ．T h e ya r ea l s om o r em e c h a n i c a l l yr o b u s tt h a ni n c a n d e s c e n tl i g h tb u l b sa n df l u o r e s c e n tt u b e s ．S S Lh a sc a u g h tm a n yi n t e r e s t sa l lO V e rt h ew o r l d ．C u r r e n t l y , S S Lh a v ea l r e a d yb e c o m ew i d e l ya v a i l a b l e ，s u c h 鹤s t a t u si n d i c a t o r so na l ls o r t so fe q u i p m e n t ，t r a f f i cl i g h t sa n ds i g n a l s ，l i g h ts o u r c ef o rm a c h i n ev i s i o ns y s t e m s ，a r c h i t e c t u r a ll i g h t i n g ．H o w e v e r , i nt r a d i t i o n a li l l u m i n a t i o nf i e l d ，S S Li sl i m i t e df o rL E D ’Sl i g h te x t r a c t i o ne f f i c i e n c y , h e a td i s p a s s i o na n dr e l a t i v e l yh i g hp r i c e ．I nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t oe n h a n c et h el i g h te x t r a c t i o ne f f i c i e n c y , i n t e r f a c er e f l e c t i o no nL E Ds u r f a c ei sf o c u s e d ．I nt h ef i r s tp l a c e ，b a s e do nt h ec u r r e n td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hp r o g r e s si nt h i sa r e a ，t h eL E Dm i c r o 。
s t r u c t u r eW a sa n a l y z e d ．S e c o n d l y , m e t h o d so ff a b r i c a t i n gm i c r o ·s t r u c t u r eo nL E Ds u r f a c e ，n a m e l y , t h ee t c h i n gt e c h n o l o g yo fs e m i c o n d u c t o rm a t e r i a l s ，W a si n t r o d u c e d ，a n dt h ee t c h i n go fG a Pb yw e te t c h i n ga n dI C Pd r ye t c h i n gw a si n v e s t i g a t e d ．T h i r d l y , t od e v e l o pan e wt y p eo fm a s k ，m o l e c u l a rs e l f - a s s e m b l yt e c h n i q u ew a ss t u d i e d ，a n das e r i e sm e t h o d so ff a b r i c a t i n gp o l y m e rb l e n df i l mw e r ec a r r i e do u t ．L a s tb u tn o tl e a s t ，m i c r o s t r u c t u r eW a Sm a d eo nL E Ds u r f a c eb yw e te t c h i n gw i t ht h ep o l y m e rm a s k ，a n dt h ep r o c e s sw a so p t i m i z e dS Ot h a tt h eL E Dp e r f o r m a n c ew a se n h a n c e d ．T h ef o l l o w i n gw o r k sh a v e b e e nd o n e ：1 ．D e v e l o p i n gt h et e c h n i q u e so fs e l f - a s s e m b l e dp o l y m e rb l e n df i l mB a s e do nt h et h e o r yo fp o l y m e rs e l f - a s s e m b l ya n dm i c r o ·p h a s es e p a r a t i o n ，as e r i e so fm e t h o d st om a k ep o l y m e rb l e n d sa n di t ss i n g l e - l a y e rt h i n —f i l mw e r ee x p l o r e d ．AP S ／P M M Ab l e n df i l mw a sf o r m e db ys o l u t i o nC O ．b l e n d i n ga n ds p i n - c o a t i n g ．T h ef a c t o r sw h i c ha f f e c t e df i l mp a t t e r na r er e s e a r c h e d ，s u c ha st h et i m eo fu l t r a s o n i cp r o c e s s i n g ，t h er a t eo fs p i nc o a t i n g ，t h ec o n c e n t r a t i o no fp o l y m e rb l e n d ss o l u t i o n ·P Ss h o w e dm i c r o ．s 。