奈米球鏡微影術應用於奈米光電元件之研製

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周孟誠(Meng-Cheng Chou) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

奈米球鏡微影術應用於奈米光電元件之研製
(Fabrication of Nanoscale Optoelectronics Devices using Nanospherical-Lens Lithography)

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摘要(中)

在本研究中，我們利用奈米球鏡微影術(nanosphere-lens lithography )與二次蝕刻技術製作氮化鎵(GaN)發光二極體(LED)奈米柱(nanorod)陣列。奈米球鏡微影術能以低成本的方式製作大面積的奈米結構陣列，不需要使用昂貴的電子束微影製程(E-beam Lithography)、極紫外線(Extreme Ultraviolet, EUV)的黃光微影製程。除了成本低廉之外，許多研究團隊發現奈米結構會影響氮化鎵發光二極體的光電特性，例如偏振方向，奈米柱的幾何形狀與量子井發光的偏振方向有密切的關係。

摘要(英)

Gallium nitride (GaN) nano-rod light emitting diodes (LEDs) have been an attractive research topic because of their enhanced light extraction efficiencies and other unique electro-optical properties. In this project, we fabricate GaN nano-rod LED arrays with nanosphere-lens lithography (NLL) and a two-step etching technique. The NLL technology is a low-cost approach to fabricate large-area nanostructure arrays, without resorting to expensive facilities, e.g. e-beam lithography and extreme ultraviolet (EUV) lithography process.

關鍵字(中)

★ 光電元件
★ 奈米球
★ 奈米球鏡微影術

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章緒論 1
1-1-1 研究動機 1
1-2 奈米結構與發光二極體 1
1-2-1 發光二極體 1
1-2-2 奈米柱結構發光二極體 2
1-3 二次蝕刻 8
1-4 奈米球鏡微影術 10
1-4-1 奈米球的排列原理 10
1-4-2 以奈米球作為聚焦透鏡 11
1-5 結論 16
第二章實驗儀器與裝置 17
2-1 奈米球排列裝置 17
2-2 製程儀器 18
2-2-1 氧電漿機 18
2-2-2 熱蒸鍍機 20
2-2-3 電子束蒸鍍機 21
2-2-4 手提式紫外燈 22
2-2-5 感應耦合式電漿蝕刻系統 22
2-2-6 塗布機 24
2-2-7 網狀金屬蒸鍍罩 24
2-3 量測儀器 25
2-3-1 光學顯微鏡 25
2-3-2 掃描式電子顯微鏡
2-3-3 場發掃描式電子顯微鏡 26
2-3-4 光致發光量測系統 28
2-3-5 電致發光量測系統 29
第三章奈米柱LED製作 31
3-1 氮化鎵發光二極體結構 31
3-2 奈米球鏡微影術 32
3-2-1 以奈米球鏡微影術製作橢圓光阻洞陣列，選用稀釋50%的光
3-2-2 以斜向旋轉蒸鍍縮小橢圓光阻洞 38
3-2-3 以不旋轉斜向蒸鍍縮小橢圓光阻洞 42
3-2-4 乾蝕刻遮擋層材料選擇 44
3-3 二次蝕刻 46
3-3-1 乾蝕刻 48
3-3-2 濕蝕刻 50
3-4 絕緣層 61
3-4-1 PDMS 62
3-4-2 SOG 65
3-4-3 SiO2 66
3-5 金屬電極 68
3-6 遮光層 70
第四章奈米柱LED分析 72
第五章結論與未來展望 76
5-1 結論 76
5-2 未來展望 77
參考文獻 78

參考文獻

[ 1 ] Mei-Ling Kuo,Yong-sung Lim,Mei-Li Hsieh,Shawn-Yu Lin,“Efficientand Directed Nano-LED Emission by Complete Elimination of Transverse-Electric Guided Mode.”, Nano Lett. 11(2), 476-481, 2011.

[ 2 ] Yu-Jung Lu, Hon-Way Lin, Hung-Ying Chen, Yu-Chen Yang, Shangir Gwo, “Single InGaN nanodisk light emittimg diodes as full-color subwavelength light sources.”, Apllied Physics Letters 98, 233101, 2011.

[ 3 ] Qiming Li, Karl R. Westlake, Mary H. Crawford, Stephen R. Lee, Daniel D. Koleske, Jeffery J. Figiel, Karen C. Cross, Saeed Fathololoumi, Zetian Mi, and George T. Wang, “Optical performance of top-down fabricated InGaN/Ga nanorod lighr emitting diode arrays.”, Optics Express, Vol. 19, Issue 25, pp. 25528-25534, 2011.

[ 4 ] A. D. Ormonde, E. C. M. Hicks, J. Castillo, and R. P. Van Duyne, “Nanosphere Lithography : Fabrication of Large-Area Ag Nanoparticle Arrays by Convective Self-Assembly and Their Characterization by Scanning UV-Visible Extinction Spectroscopy.,” Langmuir, vol. 20, no. 16, pp. 6927–6931, 2004.

[ 5 ] W. Wu, D. Dey, O. G. Memis, A. Katsnelson, and H. Mohseni, “A Novel Self-aligned and Maskless Process for Formation of Highly Uniform Arrays of Nanoholes and Nanopillars.,” Nanoscale Research Letters, vol. 3, no. 3, pp. 123–127, Mar. 2008.

[ 6 ] W. Wu, D. Dey, A. Katsnelson, O. G. Memis, and H. Mohseni, “Large areas of periodic nanoholes perforated in multistacked films produced by lift-off.,” Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, vol. 26, no. 5, p. 1745, 2008.

[ 7 ] Yun-Chrong Chang, Sih-Chen Lu, Hsin-Chan Chung, Shih-Ming Wang, Tzung-Da Tsai, Tzung-Fang Guo, “High-throughput nanofabrication of infra-red and chiral metamaterials using nanospherical-lens lithography.,” Scientific Reports 3(3339), 2013.

[ 8 ] W. Wu, D. Dey, O. G. Memis, A. Katsnelson, and H. Mohseni, “Fabrication of Large Area Periodic Nanostructures Using Nanosphere Photolithography.,” Nanoscale Research Letters, vol. 3, no. 10, pp. 351–354, Sep. 2008.

指導教授

賴昆佑、張允崇
(Kun-Yu Lai、Yun-Chorng Chang)

審核日期

2017-7-6

推文