一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法

技术领域

本发明涉及一种微纳结构的制备方法，特别是涉及一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，应用于现代光电材料及器件制备工艺技术领域。

背景技术

圆环微纳结构可用于光通讯中的光学谐振腔而备受关注，包括滤波器、激光源、全光开关等。其中，圆环谐振腔具有连续的内反射可以有效地使谐振器中的光得到更好的限域，减少光学损耗，在微型光子器件的集成中具有重要价值。圆环谐振器易于实现在光路中的集成，是器件集成中的优秀光学元件，常用于光波导的滤波器和调制器。此外，在激光器中，环圆环谐振腔可以形成高品质的回音壁腔，极大的降低了激光的阈值，然而圆环谐振腔很难自然生长得到，一般都是通过光刻或者模板法制备。

近年来，钙钛矿材料作为可溶液法制备的光电材料，可用于高性能的太阳能电池、发光器件、和光电探测器。特别是长载流子寿命和扩散长度、双极性传输、高增益、高荧光量子产率和化学计量比波长可调性使得钙钛矿材料在激光器件应用中特别具有吸引力。此外，利用钙钛矿材料高折射率(～2.2)的特点，将其制备成圆环微纳结构，用于光泵浦钙钛矿微纳激光。然而，由于钙钛矿材料对氧、溶剂等非常敏感，热稳定性差，传统的光刻技术很难实现钙钛矿材料圆环微纳结构的制备。

本发明设计了一种新型的同心环微纳结构的制备方法，利用光刻胶作为牺牲层制备钙钛矿薄膜同心环结构。避免了传统光刻技术等损害材料功能的不利环境，有效地保护材料的功能性。全溶液旋涂，制备工艺简单，实现了一种大面积、低成本的钙钛矿薄膜同心环的制备工艺。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，避免了光刻技术等损害材料功能的不利环境，因此可以有效地保护材料的功能完整性。本发明解决了钙钛矿材料圆环微纳结构制备的难题，全溶液旋涂，制备工艺简单，成本低，在微纳结构制备中具有较大的应用潜力。本发明工艺可通过下层光刻胶的厚度和溶剂的选取来调节同心环的形貌，具有很好的重复性。其制备原理如图1所示，甲苯通过上层的钙钛矿薄膜渗入至下层的光刻胶中，导致光刻胶融化膨胀，带动上层的钙钛矿薄膜一起膨胀变形，形成一个个的鼓包。当浸泡时间较短时(～40s)，光刻胶未完全溶解，取出后溶剂挥发完全后，钙钛矿薄膜带动光刻胶一起形成大范围的同心环结构。当浸泡的时间较长时(～3min)，下层的光刻胶完全溶解，钙钛矿薄膜只在较小的范围内实现同心环结构。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，包括如下步骤：

1)在基底上旋涂一层光刻胶，加热固化；优选所述加热固化温度为70℃，时间5min。

2)在光刻胶上旋涂一层钙钛矿薄膜；优选所述钙钛矿材料为准2D钙钛矿。

3)将整体浸泡在有机溶剂中；优选所述有机溶剂为甲苯、氯苯、三氯甲烷。

4)取出后即可在基底上得到钙钛矿薄膜同心环结构。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，避免了光刻技术等损害材料功能的不利环境，因此可以有效地保护材料的功能性。

2.本发明利用光刻胶作为牺牲层制备钙钛矿薄膜同心环结构，制备工艺简单，重复性好，反应过程温和。

3.本发明一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，实现了钙钛矿材料新型微纳结构的制备，丰富了钙钛矿材料的谐振腔类型，提高了钙钛矿材料在光电子器件中的应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施实例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是本发明实施例一在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法流程图。

图2是本发明实施例一在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的暗场显微镜图片。

图3是本发明实施例一在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构用于光泵浦激光，标尺长度25μm。

图4是本发明实施例二、三在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的明场显微镜图片，标尺长度25μm。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术往年提，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例中的各个特征可以相互结合，形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明公开了一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法。

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1、2和图4，一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，包括如下步骤：

1)取光滑的玻璃基底，旋涂2.4μm厚的光刻胶，70℃退火5min；

2)将光刻胶表面改性，O-Plasma表面处理10W处理10s，增加其亲水性；

3)旋涂准2D钙钛矿薄膜，厚度70nm。准2D钙钛矿薄膜为NMA

4)浸泡在甲苯溶剂中一段时间洗去下层的光刻胶，取出后即在基底上形成钙钛矿同心环结构。当浸泡的时间较短～40s，形成如图2a所示的同心环结构；当浸泡的时间较长～3min，形成如图2b所示的同心环结构；

5)将制备的钙钛矿同心环结构进行光泵浦激光表征，如图4所示，可以形成钙钛矿的同心环激光，同心环微腔的构建，降低了激光的阈值。

实施例二：

在本实施例中，参见图3，一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，包括如下步骤：

1)取光滑的玻璃基底，旋涂2.4μm厚的光刻胶，70℃退火5min；

2)将光刻胶表面改性，O-Plasma表面处理10W处理10s，增加其亲水性；

3)旋涂准2D钙钛矿薄膜，厚度70nm。准2D钙钛矿薄膜为NMA

4)分别浸泡在甲苯、氯苯、三氯甲烷溶剂中～3min，取出后即在基底上形成钙钛矿同心环结构。如图3所示，a、b、c分别对应浸泡甲苯、氯苯、三氯甲烷溶剂所得到的钙钛矿同心环结构。不同的清洗溶剂可以调控同心环的环间距，甲苯～10μm、氯苯～3μm、二氯～1.5μm。

实施例三：

在本实施例中，参见图3，一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，包括如下步骤：

1)取光滑的玻璃基底，分别旋涂5、2.4、1.7μm厚的光刻胶，70℃退火5min；

2)将光刻胶表面改性，O-Plasma表面处理10W处理10s，增加其亲水性；

3)旋涂准2D钙钛矿薄膜，厚度70nm。准2D钙钛矿薄膜为NMA

4)浸泡在氯苯溶剂中～3min，取出后即在基底上形成钙钛矿同心环结构。如图3所示，d、e、f分别对应下层光刻胶厚度分别为5、2.4、1.7μm浸泡氯苯所得到的钙钛矿同心环结构明场显微图像。发现随着下层光刻胶厚度减小，同心环的直径逐渐缩小，分别～600、300、225μm。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明一种在钙钛矿薄膜表面制备同心环结构的方法，都属于本发明的保护范围。