[發明專利]一種基于量子點非線性的光限幅器件及其非線性薄膜制備方法

有效

• 申請號: 202110537572.3
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113238426B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 張家雨;陳偉敏;項文斌
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355;C23C14/30;C23C14/26;C23C14/58;C23C14/08;C23C14/10;C23C14/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫峰

本發明公開了一種基于量子點非線性的光限幅器件，該光限幅器件由周期性的高低折射率薄膜交替組成。其中，低折射率膜為利用雙源蒸發和熱退火技術制備的非線性薄膜；本發明還公開了一種基于量子點非線性的光限幅器件的非線性薄膜制備方法，該方法利用兩個蒸發源同時蒸鍍非線性材料和常規折射率材料，通過調節兩個蒸發源的蒸發速率比，控制兩種材料在目標基底上沉積的含量，然后通過退火處理，使非線性材料高溫成核為量子點，從而獲得量子點嵌入式薄膜。

技術領域

本發明涉及光限幅器件技術領域，特別是涉及一種基于量子點非線性的光限幅器件及其非線性薄膜制備方法。

背景技術

光限幅器件是用于光交換的核心器件，在芯片內的信息互連、數據遠距離傳輸、網絡之間的光信號交換等領域發揮十分重要的作用。作為光網絡中的重要元件，光限幅器件及其集成技術也已成為集成光芯片領域重要的發展方向。具有高速率、高可靠性、高對比度、高集成度的光限幅器件及其集成器件已展現出了巨大的發展潛力和市場應用前景。

半導體量子點是一種半徑小于其激子玻爾半徑的納米晶，具有準分立的能級結構，其實質是一種準零維的半導體納米顆粒。其量子限域效應使得量子點的電子-空穴波函數重疊程度增加，從而導致激子振子強度的增加，進而增強熒光量子產率和三階非線性極化率。目前量子點已在LED,太陽能電池,生物標記,激光器與傳感器中得到廣泛應用。量子點的制備方法可以分為物理制備方法和化學制備方法，其中化學制備方法中比較有代表性的是化學氣相沉積和膠體法，而膠體量子點合成法是目前最熱門的一類，因為這種方法不但操作簡單，而且量子點的尺寸和粒徑分布都能得到很好地控制。但是該方法適合用于實驗室科學研究，對于器件方面，由于溶液中量子點的不穩定性限制了其實際應用，無法進行工業化大規模生產。物理制備方法主要為分子束外延生長MBE，分子束外延的生長速率較慢，大約0.01～1nm/s。可實現單原子(分子)層外延，具有極好的膜厚可控性。但是生長速率比較慢，既是MBE的一個優點，同時也是它的不足，不適于厚膜生長，且設備昂貴精密，成本高，不適于大量成產。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于量子點非線性的光限幅器件及其非線性薄膜制備方法，用以解決膠體量子點合成法不適合工業大規模生產，且分子束外延技術所有需要的設備昂貴，成本高的技術問題，本發明整個實驗流程參數可控，精度較高，有利于推進工業化生產。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于量子點非線性的光限幅器件，包括：基底，在所述基底上鍍制有若干個周期構成的交替層疊薄膜結構，所述每個周期均包括依次交替的低折射率薄膜和高折射率薄膜，并且靠近所述基底一側的為低折射率薄膜，其中，所述低折射率膜為通過同時對非線性材料和常規折射率材料進行雙源蒸發處理，然后再經過退火處理之后得到的量子點嵌入的非線性薄膜；所述常規折射率材料為在可見光區域中的折射率1.3～1.5的低折射率材料；

所述高折射率薄膜為通過選擇TiO₂、SnO₂、In₂O₃及其復合物進行單源蒸發處理到的線性薄膜；所述交替層疊薄膜結構的周期數為2～8。

進一步的，所述基底為石英、玻璃或者硅基片。

進一步的，所述常規折射率材料為SiO₂或者MgF₂；

進一步的，所述非線性材料為GeSe、CdSe、CdS、CdTe、PbSe、PbS、ZnS、ZnTe以及上述材料中任意兩種或者多種的復合材料。

進一步的，所述高折射率薄膜為采用電子束蒸發法制備獲得。

一種基于量子點非線性的光限幅器件的非線性薄膜制備方法，包括如下步驟：

步驟S1、將清洗好的基底放置于真空鍍膜機腔內，采用雙源蒸發處理的方式，將非線性材料放置在阻蒸坩堝中，同時將常規折射率材料放置在電子束蒸發源坩堝中；