阅读说明：本技术 一种紫外光增强的复合结构光调控薄膜 (Ultraviolet-enhanced composite-structure light control film ) 是由 陶春先 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明为一种紫外光增强的复合结构光调控薄膜,可用于提高探测器在近紫外甚至真空紫外检测的响应灵敏度。设计制作的复合结构薄膜传感器,由衬底层、金属纳米粒子层、缓冲层、发光层、隔离层和减反射层组成。通过调控使纳米粒子的共振吸收波长和发光层的发射波长匹配,从而形成了较强的等离子体共振耦合电磁场,使得发光材料的辐射复合速率和激发态荧光分子的数量增加。发明的紫外光增强的复合结构光调控薄膜在120～200nm处和240～360nm处均实现了发射强度增强。此外,隔离层和减反射层在减少入射能量损耗的同时,还对发光层起到隔离水汽、减缓氧化的保护作用。(The invention relates to an ultraviolet-enhanced composite-structure light control film which can be used for improving the response sensitivity of a detector in near ultraviolet or even vacuum ultraviolet detection. The composite structure film sensor comprises a substrate layer, a metal nanoparticle layer, a buffer layer, a light emitting layer, an isolation layer and an antireflection layer. The resonance absorption wavelength of the nano particles is matched with the emission wavelength of the light-emitting layer through regulation and control, so that a stronger plasma resonance coupling electromagnetic field is formed, and the radiation recombination rate of the light-emitting material and the number of excited fluorescent molecules are increased. The ultraviolet-enhanced composite-structure light control film disclosed by the invention realizes the enhancement of emission intensity at the positions of 120-200 nm and 240-360 nm. In addition, the isolation layer and the antireflection layer can reduce incident energy loss and simultaneously play the protection roles of isolating water vapor and slowing down oxidation for the light-emitting layer.)

一种紫外光增强的复合结构光调控薄膜

技术领域

本发明涉及紫外及真空紫外光的增强和调控领域，具体是一种紫外光增强的复合结构光调控薄膜。

背景技术

电荷耦合器件（CCD）等硅基探测器广泛应用于光谱仪和空间成像中，不仅要在近红外和可见光波段成像，还要能在紫外和真空紫外波段成像。提高CCD对紫外微弱信号的响应、增强探测灵敏度，主要有两种方法：一是改进CCD的结构设计，采用了薄型多晶硅栅极和CCD背面变薄的结构设计，减少吸收使入射光尽可能多地进入探测器光电转换层。这种方法相对工艺复杂且成本较高。二是在前照式CCD表面涂一层紫外敏感的荧光涂料，利用激发光的下转换效应使发射光进入探测器的响应范围。

晕苯等有机荧光材料，以及Alq₃等无机荧光材料，通过真空热蒸发或旋转涂覆技术制备在硅基探测器表面。有人研究了荧光涂层的厚度、减反射膜对提高近紫外灵敏度的作用。然而仍不能满足微弱信号或痕量检测的高灵敏度要求，特别是无法覆盖对真空紫外信号的探测。

发明内容

本发明目的在于提高硅基传感器在近紫外和真空紫外波段的灵敏度，提出了一种紫外光增强的复合结构光调控薄膜。该紫外光增强的复合结构光调控薄膜，由衬底层、金属纳米粒子层、缓冲层、发光层、隔离层和减反射层组成。通过对金属纳米粒子层颗粒度和缓冲层厚度的调控，使金属纳米粒子的共振吸收波长和发光层的发射波长匹配，从而形成了较强的等离子体共振耦合电磁场，使得发光材料的辐射复合速率和激发态荧光分子的数量增加。

衬底层可以是探测器传感元，通过传感面直接接收发光光信号，探测器传感元为半导体材料，优选的为硅基；

衬底层可以是紫外窗玻璃，用于衬底层透射紫外光信号，紫外窗玻璃材料如氟化镁，氟化钙，氟化倍，石英，但不限于上述材料。

衬底层可以是可见光窗玻璃，用于沉底层透射可见光信号，可见光窗玻璃材料如融石英，石英，但不限于上述材料。

金属纳米粒子层，为一定厚度的金属纳米颗粒，通过真空物理沉积方式制备膜层然后退火的方式产生，或者首先制备特定尺度的金属纳米球然后平铺于衬底层的方式产生。

缓冲层为一定厚度的低折射率介质材料膜层，包括但不限于SiO₂薄膜。

缓冲层通过真空物理沉积方式或旋涂方式制备。

发光层为一定厚度的发光材料，包括但不限于晕苯等有机发光膜层，Alq₃等无机发光膜层，以及闪烁晶体、荧光玻璃、荧光陶瓷等。

发光层通过对发光材料的真空物理沉积方式或旋涂方式制备，或者粘贴方式制备。

隔离层为一定厚度的介质材料膜层或者塑料膜层，通过沉积或粘贴方式形成。

减反射层为单层或多层膜系结构，由入射的激发波长及隔离层的折射率等决定。

减反射层通过真空物理沉积方式制备。

发明的紫外光增强的复合结构光调控薄膜，近紫外及真空紫外波段均实现了发射强度增强。薄膜的隔离层和减反射层在减少入射能量损耗的同时，还对发光层起到隔离水汽、减缓氧化的保护作用。

附图说明

图1为本发明所述紫外光增强的复合结构光调控薄膜示意图:

1为衬底层、2为金属纳米粒子层、3为缓冲层、4为发光层、5为隔离层、6为减反射层；

图2为实施例1所述的， 紫外光增强的复合结构光调控薄膜制备流程图。

图3为240～360nm波长激发下, 紫外光增强复合结构薄膜和单层薄膜的荧光发射光谱。

具体实施方式

以下结合附图2给出具体实施例。本紫外光增强的复合结构薄膜通过以下方法制成：

用无水乙醇和乙醚混合清洗石英衬底和用于固定衬底的夹具，并将夹具安置于镀膜机工转盘中。采用物理气相沉积法在石英衬底上镀制一层银薄膜，采用晶体膜厚仪对沉积的膜层进行监控，膜层厚度20nm。

将镀有银薄膜的衬底放入马弗炉中退火，退火温度350℃、退火时间10min。高温快速热退火将薄膜分解成纳米级的固体金属颗粒，银纳米结构有足够的空间让电子运动，光子激发电子形成局域表面等离子体共振，从而使得发光材料的辐射复合速率和激发态荧光分子的数量增加。

随后样品再次放入镀膜机中，采用物理气相沉积法首先镀制一层SiO₂薄膜，沉积速率0.3nm/s，厚度10nm，折射率约为1.45。然后蒸镀一层荧光薄膜（Lumogen材料），厚度约120nm。最后制备一层SiO₂减反射膜层，结构为规整膜系，该减反射层同时具有隔离层的作用。

通过上述步骤制备可得到所述紫外光增强的复合结构薄膜。从图3可知，发明的复合结构薄膜在240～360nm波段的发射峰值大约是单层薄膜的3倍。