가시 스펙트럼을 포괄하는 염료 도핑 폴리머 도파관 이미터용 염료 및 매트릭스 식별

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 6142(2022) 이 기사 인용

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폴리머 기반 광자 장치는 광자 장치의 비용 효율적인 롤투롤 제조 가능성을 제공합니다. 고체 폴리머 도파관 내에 발광 도펀트를 통합하면 지루한 기계적 광 커플링을 피하면서 장치 내에서 빛을 생성할 수 있습니다. 그러나 도펀트가 고체 매트릭스에 내장되면 농도와 관련된 물질의 특성에 따라 응집 효과로 인해 방출된 빛이 소멸될 수 있습니다. 이 연구에서 UV 포토리소그래피로 처리된 박막 및 능선 도파관은 Rhodamine-B, Coumarin-540A 및 Pyrromethene-과 같은 표준 염료로 도핑된 표준 광중합성 유기 단량체인 SU8, EpoCore 및 OrmoStamp에서 성공적으로 얻어졌습니다. 580. 모든 구조물은 유리 기판 위에 제조되었습니다. 다양한 농도에서 도핑된 포토레지스트의 밴드 갭 에너지, 흡수 계수(\(\alpha \)) 및 형광을 포함한 용해도 및 광학 특성에 대한 분석이 수행되었습니다. Rhodamine-B로 도핑된 포토레지스트는 이전에 보고된 순수 Rhodamine-B 박막(1.95~1.98eV)에 비해 더 높은 간접 허용 밴드 갭 전이 에너지(2.04~2.09eV)를 보여줍니다. 전체 가시 스펙트럼을 포괄하는 염료 도핑된 포토레지스트의 제조 프로토콜이 확립되었습니다.

최근 몇 년 동안 고분자 재료를 기반으로 한 광자 집적 회로(PIC)는 광전자 공학1, 센서2,3, 조명4 및 광학 컴퓨팅5을 포함하여 점점 더 광범위한 응용 분야에 대해 과학계에서 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다.

기존의 소형 실리콘 플랫폼이 아닌 폴리머 플랫폼에서 PIC를 제조하면 두 가지 주요 이점이 있습니다. 폴리머는 가시 파장 스펙트럼에서 투명할 수 있습니다. 즉, 기존 현미경에 사용되는 염료를 사용할 수 있으며 폴리머 플랫폼을 통해 향후 변환이 가능합니다. 최종 광자 회로의 비용 효율적인 롤투롤 제조6.

양자점7, 염료8 또는 광발광 공중합체9와 같은 발광 물질을 고분자 호스트 매트릭스에 통합하면 태양 전지10, 광 증폭기11, 가스 및 pH 센서12,13와 같은 분야에 응용할 수 있는 유기 발광체를 생성할 수 있습니다.

스펙트럼의 가시 범위를 완전히 포괄하는 염료는 염료 및 매트릭스 특성에 따라 ACQ(Aggregation Caused Quenching)14, AIE(Aggregation-Induced Emission)15 및 Aggregation Enhanced와 같은 공정에 따라 용해도와 안정성을 보여주는 고분자 매트릭스에 사용되었습니다. 방출(AEE)16은 방출 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 매트릭스-염료 상호작용의 복잡성으로 인해 주어진 파장에서 방출되는 도파관을 얻기 위해 어떤 매트릭스와 어떤 염료를 결합할지 예측하기가 어렵습니다.

본 연구에서는 Rhodamine-B(RhB), Coumarin-540A(C540A), Cibacron-Yellow(CBY), 플루오레세인(FL), 피로메텐-580(Py580) 및 적색 발광 스피로 공중합체(RLSC). 훨씬 더 다양한 염료가 테스트되었지만 보충 자료에 표시된 대로 제한된 용해도 및/또는 눈에 보이는 응집 징후로 인해 폐기되었습니다.

이러한 수지의 감광성 특성으로 인해 UV-리소그래피17, 직접 레이저 기록18, e-빔19, 잉크젯20 및 UV-나노임프린트21와 같은 마이크로/나노 제조 기술이 가능합니다. 이 작업에 사용된 염료는 통합 레이저, 바이오센서 및 광통신과 같은 미래 응용 분야를 목표로 스펙트럼의 가시 범위를 포괄합니다.

UV-포토리소그래피로 처리된 염료 도핑된 포토레지스트 도파관의 광학적 특성은 달성된 농도 범위 내에서 연구됩니다. 각 도핑 농도와 레지스트의 제조 프로토콜이 제시되고 논의됩니다.