中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备

J4 ›› 2009, Vol. 26 ›› Issue (5): 585-590.

中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备

李宇杰谢凯许静

国防科学技术大学材料工程与应用化学系，长沙 410073

出版日期:2009-09-28 发布日期:2009-08-27
通讯作者: 谢凯（1958－）男，浙江大学应用化学专业硕士，现任国防科技大学教授，博士生导师，主要的科研方向为光电功能材料及能源材料。 E-mail:xie_kai@hotmail.com
作者简介:李宇杰（1980?-），男，山西神池县人，现为国防科技大学材料工程与应用化学系在读博士，主要从事三维光子晶体制备方面的研究。E-mail：powerlyj@163.com。
基金资助:
国家部委基金资助项目

Fabrication of germanium inverse opal photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap in mid infrared range

LI Yu-Jie, XIE Kai, XU Jing

Department of material engineering and applied chemistry, National university of defense technology, Changsha 410073, China

Published:2009-09-28 Online:2009-08-27

摘要/Abstract

摘要：

采用溶剂蒸发对流自组装法将单分散二氧化硅（SiO2）微球组装形成三维有序胶体晶体模板。以锗烷（GeH4）为先驱体气，用等离子增强化学气相沉积法向胶体晶体的空隙中填充高折射率材料Ge。酸洗去除二氧化硅微球，得到Ge反蛋白石三维光子晶体。通过扫描电镜、X射线衍射仪和傅立叶变换显微红外光谱仪对锗反蛋白石的形貌、成分和光学性能进行了表征。结果表明：Ge在SiO2微球空隙内填充致密均匀，得到的锗为多晶态，锗反蛋白石为三维有序多孔结构。锗反蛋白石的测试光谱图有明显的光学反射峰，表现出光子带隙效应。测试的完全光子带隙位于中红外3.4µm处，测试的光学性能与理论计算基本吻合。

关键词: 锗反蛋白石, 光子晶体, 完全光子带隙, 等离子增强化学气相沉积, 溶剂蒸发对流自组装, 中红外

Abstract:

Monodisperse silica microspheres were assembled into a three-dimensional colloidal crystal template with long-range order by the solvent vaporization convection self-assembly method. Using GeH4 as the precursor gas, the plasma enhanced chemical vapor deposition method was then used to fill the voids of the silica colloidal crystal template with high refractive index germanium, then silica colloidal crystals template was removed by an acid etching. Thus germanium inverse opal photonic crystal was obtained. The modality, components, structure and optic capability of the resulting samples were characterized by scanning electron microscope and X-ray diffraction and Fourier transform microscopic IR spectroscopy. The results show that germanium is homogeneously distributed inside the voids of the silica template. The crystalline state of germanium is polycrystalline state. Germanium inverse opal exhibits a three-dimensional ordered porous structure. The spectrogram of the samples has optic reflective apexes and shows the photonic band gap effects. The complete three-dimensional bandgap lies in mid infrared (about 3.4µm) and experiment optic capability is inosculated with the calculated one.

Key words: germanium inverse opal, photonic crystal, a complete three-dimensional bandgap, plasma enhance chemical vapor deposition, solvent vaporization convection self-assembly, mid infrared

李宇杰谢凯许静. 中红外完全光子带隙Ge反蛋白石三维光子晶体的制备[J]. J4, 2009, 26(5): 585-590.

LI Yu-Jie, XIE Kai, XU Jing. Fabrication of germanium inverse opal photonic crystal with a complete three-dimensional bandgap in mid infrared range[J]. J4, 2009, 26(5): 585-590.

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