專利名稱：金屬光子盒及其制作方法與光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種金屬光子盒，特別是一種可增強(qiáng)特定波長光發(fā)光效率的金屬光子盒及其制造方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
自一八九七年愛迪生發(fā)明電燈泡后，人們就不斷地想盡各種方法想改進(jìn)照明的技術(shù)，最終目的當(dāng)然是更省電，發(fā)光效率更好，價(jià)格低廉能供大眾普及使用的發(fā)光組件，能夠帶給人類更好的生活品質(zhì)。目前全球電力約有百分之三十用在照明，在全球天然資源逐漸耗盡的情況下，如何創(chuàng)造更省電及更有效率的發(fā)光組件是人類亟欲解決的問題。
早期的照明主要是白熾電燈泡，白熾電燈泡是利用鎢絲通電后產(chǎn)生熱阻效應(yīng)上升至高溫(約2,500℃)以發(fā)出黑體輻射的可見光供照明。白光熾鎢絲燈泡有低效率、高耗電、壽命短、易碎等缺點(diǎn)。
近幾十年來，由于科技的發(fā)展快速，許多創(chuàng)新的主動(dòng)發(fā)光照明組件也一一問世，例如日光燈管，白光發(fā)光二極管(LED，LightEmitting Diode)…等?，F(xiàn)分別說明如下日光燈日光燈管簡單地說就是個(gè)密閉的氣體放電管，長形玻璃放電管的兩端個(gè)別裝有一組燈絲，燈絲上涂布電子放射物，如氧化鉀或氧化鈣。玻璃管內(nèi)壁涂布螢光粉，管內(nèi)充有氬氣、氖氣及氪氣三種惰性氣體及加入少量水銀。當(dāng)兩極間施以電壓時(shí)，極間開始放電，射出電子，并與管內(nèi)的水銀原子互相碰撞而形成氣體放電狀態(tài)，并釋出波長為253.7納米的紫外光。當(dāng)紫外光激發(fā)螢光粉時(shí)，即可發(fā)出可見光，發(fā)光波長則由螢光物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)決定。因此，若將燈管內(nèi)壁混合涂上多種螢光物質(zhì)，便可產(chǎn)生多種不同顏色的可見光。日光燈所使用的螢光粉主要有氧化釔摻雜銪、磷酸化鑭鈰摻雜鋱、及氧化鋇鎂鋁摻雜銪。日光燈輸入的電能約60％可轉(zhuǎn)換成紫外光，而其它的能量則轉(zhuǎn)換成熱能。一般紫外光轉(zhuǎn)換為可見光的效率約為40％。因此，日光燈的效率約為60％×40％＝24％，大約為相同功率鎢絲燈的兩倍。日光燈雖省電，仍有廢棄物含汞污染、易碎等問題。
白光發(fā)光二極管白光發(fā)光二極管具有體積小、無熱幅射、耗電量低、壽命長和反應(yīng)速度佳等優(yōu)點(diǎn)，能解決許多過去傳統(tǒng)燈泡所難以克服的問題，但白光發(fā)光二極管對(duì)材料的選擇，以及長晶的要求極高，制作上并不容易。
近年來，歐美和日本等國基于節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)的共識(shí)，皆決定選擇白光發(fā)光二極管作為二十一世紀(jì)照明的新光源。再加上目前許多國家的能源都仰賴進(jìn)口，使得它在照明市場上的發(fā)展極具價(jià)值。根據(jù)專家評(píng)估，日本若是將所有白熾燈以白光發(fā)光二極管取代，則每年可省下1～2座發(fā)電廠的發(fā)電量，間接減少的耗油量達(dá)10億公升，而且在發(fā)電過程中所排放的二氧化碳也會(huì)減少，進(jìn)而抑制了溫室效應(yīng)。
在臺(tái)灣，由于核四廠興建問題引發(fā)很大的爭議，促使目前新能源的開發(fā)以及提高能源使用率的課題也深受大眾重視。若臺(tái)灣四分之一的照明設(shè)備能省電達(dá)30％，則每年可省下110億度的電力，相當(dāng)于一座核能電廠每年的發(fā)電量，同時(shí)減少二氧化碳排放，每年節(jié)省約上億升的原油消耗(資料來源光電協(xié)進(jìn)會(huì)2000/7)。由此可見，節(jié)省能源所得到的效益是多么地驚人。
因此，亟需一種能提高傳統(tǒng)照明設(shè)備的發(fā)光效率，且能達(dá)到省電效果的發(fā)光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的系提供一種可增強(qiáng)特定波長光發(fā)光效率的金屬光子盒及其制造方法，其中該金屬光子盒可形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振。
本發(fā)明的另一目的系提供含有前述金屬光子盒之光源，其中該光源因光波能量轉(zhuǎn)移到短波段的區(qū)域，因此可增強(qiáng)該短波段的區(qū)域中特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度。
本發(fā)明公開了一種可增強(qiáng)特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度的金屬光子盒，其包括金屬包圍壁，形成一共振腔；及不導(dǎo)電介質(zhì)，置于該共振腔中，其中該不導(dǎo)電介質(zhì)具有特定之尺寸，以形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振，其中當(dāng)該金屬光子盒于一定溫度下產(chǎn)生輻射光時(shí)，其一定波段之發(fā)光強(qiáng)度將得以強(qiáng)化。
本發(fā)明還公開了一種制造可產(chǎn)生所欲光波長之金屬光子盒的方法，其包括下列步驟(a)在一基板上形成一金屬層；(b)在該金屬層上形成一不導(dǎo)電介質(zhì)層；(c)以顯影術(shù)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上定義出光阻之區(qū)域；(d)除去該不導(dǎo)電介質(zhì)層上沒有光阻覆蓋之區(qū)城；(e)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬層；(f)剝除該光阻；及(g)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬掩蓋層。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的目的、功能與優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1為黑體輻射在三種不同溫度下的頻譜圖。
圖2將含有本發(fā)明的金屬光子盒的試片置于加熱基座進(jìn)行熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的示意圖。
圖3是將含有本發(fā)明的金屬光子盒的試片直接置于可產(chǎn)生熱的高耐熱電傳導(dǎo)物質(zhì)上進(jìn)行熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的示意圖。
圖4是顯示制造本發(fā)明實(shí)施例的金屬光子盒的制作結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4的上視圖，此為光阻的數(shù)組結(jié)構(gòu)。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例的金屬光子盒的結(jié)構(gòu)完成圖。
圖7為220納米的金屬光子盒發(fā)光頻譜，溫度約在攝氏700度左右。由圖可觀察到，在467納米的位置，光強(qiáng)度被放大了5～6倍左右，與圖6相比較，可以發(fā)現(xiàn)長波長部份被壓抑許多，而只在金屬光子盒的截止波長出現(xiàn)一放大五至六倍的強(qiáng)度，使得可見光所占能量的比例大輻提高20～30％，致使可見光范圍的發(fā)光效率大輻提高。
圖8為鉑表面的發(fā)光頻譜(無金屬光子盒之黑體輻射)，溫度約在攝氏700度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明利用高溫發(fā)出黑體輻射且透過金屬光子盒，造成可見光范圍的波段強(qiáng)度大輻增強(qiáng)，并能充分發(fā)揮其預(yù)期之功效。因此，本發(fā)明提供一種可增強(qiáng)特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度的金屬光子盒，其包括金屬包圍壁，其中該金屬包圍壁形成一共振腔；及不導(dǎo)電介質(zhì)，其系充填于該共振腔中，其中該金屬光子盒可形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振。
金屬在高溫會(huì)發(fā)出顯著的黑體輻射現(xiàn)象，請(qǐng)參閱圖1，可看出在不同溫度之下其頻譜的分布，而隨著溫度及波長的不同，其輻射強(qiáng)度也隨之改變，其依循著普朗克黑體輻射的公式E(λ,T)=2πhc2λ5(ehc/λkT-1)]]>其中主要的參數(shù)λ為波長，T是黑體絕對(duì)溫度，c是光速，h為普朗克常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)。隨著溫度上升，頻譜最強(qiáng)的波長位置之隨之左移，參閱圖1，在溫度2500K的時(shí)候，輻射最強(qiáng)的波長大約在1.2微米，此為紅外光發(fā)光波長，所以人的肉眼無法觀察到；然后溫度上升到4000K時(shí)，其輻射最強(qiáng)的波長已開始進(jìn)入到可見光的范圍；若再上升到5800K時(shí)，對(duì)人的肉眼而言，會(huì)呈現(xiàn)亮白色的顏色。
本發(fā)明利用金屬光子盒所含之共振腔，使得發(fā)出的黑體輻射改變。透過共振腔這樣的屏蔽封閉體，能夠把電磁場完全封閉在金屬導(dǎo)體壁內(nèi)，達(dá)到共振而產(chǎn)生駐波的效應(yīng)，因此對(duì)應(yīng)出不同的截止波長，依照電磁學(xué)的理論，如果此金屬光子盒為正立方體，其不同模態(tài)波長為λklm=2nak2+l2+m2]]>其中主要的參數(shù)λklm為不同模態(tài)的波長，α是立方體共振腔的邊長，n是共振腔內(nèi)部介質(zhì)之折射率，k、l、m分為不同的模態(tài)數(shù)，若對(duì)應(yīng)主模模態(tài)的情況，也就是可對(duì)應(yīng)最長的波長，稱之為截止波長(Cut-off wavelength)，公式可簡化為λklm=2na]]>所以，欲制作對(duì)應(yīng)波長467納米之藍(lán)光的金屬光子盒，而假設(shè)n介質(zhì)的折射率為1.5，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)a立方體邊長約為220納米。若金屬光子盒為其它形狀，也可以達(dá)到類似的效果，其截止波長可依照電磁學(xué)的理論另外計(jì)算。
根據(jù)本發(fā)明的金屬光子盒，可將無法在該金屬光子盒共振的光波能量轉(zhuǎn)移到短波段的區(qū)域，以增強(qiáng)該短波段的區(qū)域中特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度。不同尺寸的金屬光子盒，可應(yīng)用于其它領(lǐng)域，例如光通訊所需要傳輸?shù)?.55微米紅外光波長，亦可利用本發(fā)明的技術(shù)達(dá)成。因此，其應(yīng)用及發(fā)展空間極為廣泛。本發(fā)明的特色是，改變發(fā)光波長時(shí)，并不需要更換材料組成，只需透過金屬光子盒的尺寸變更，應(yīng)用相同的制程技術(shù)就可達(dá)成，與其它類發(fā)光技術(shù)相比，是較容易在各式波長發(fā)光的新技術(shù)。
因此，該金屬光子盒可以任何形狀存在，例如但不限于正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球體形狀、金字塔形狀及其它可以用半導(dǎo)體制程制作之幾何形狀，較佳為正立方體形狀。
本發(fā)明的金屬光子盒，其金屬包圍壁的金屬，較佳具有厚度系介于1nm至10μm之間。該金屬可為任何熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所習(xí)知之任一種具高熔點(diǎn)的金屬，較佳為鉑、鎢或金。再者，該金屬光子盒的不導(dǎo)電介質(zhì)，可為各式各樣熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所習(xí)知的介電材料，例如但不限于二氧化硅、氮化硅、二氧化鈦、空氣或真空。
根據(jù)本發(fā)明的金屬光子盒，其可用半導(dǎo)體制程技術(shù)，將其制作于白熾燈泡內(nèi)之鎢絲外面，將可大輻提高原本白熾燈泡之發(fā)光效率以及更為省電。由于傳統(tǒng)燈泡發(fā)光能量約只有5％的能量集中在可見光，利用金屬光子盒的設(shè)計(jì)能確定將非可見光的能量轉(zhuǎn)移到可見光，達(dá)到照明效果更強(qiáng)，更為省電的目的，應(yīng)用在照明產(chǎn)業(yè)上，每年將可省下上億度電，相當(dāng)于一座核能發(fā)電廠每年所提供的電量。
因此，本發(fā)明另提供一種制造可產(chǎn)生所欲光波長的金屬光子盒的方法，其包括下列步驟(a)在一基板上形成一金屬層；(b)在該金屬層上形成一不導(dǎo)電介質(zhì)層；(c)以顯影術(shù)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上定義出光阻之區(qū)域；(d)除去該不導(dǎo)電介質(zhì)層上沒有光阻覆蓋之區(qū)城；(e)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬層；(f)剝除該光阻；及(g)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬掩蓋層。
根據(jù)該方法的步驟(a)，其中所使用之基板可為但不限于硅基板、玻璃基板、金屬基板或?qū)峄?。該步驟(a)的金屬層，較佳系具有厚度介于5nm至1μm之間。
根據(jù)該方法的步驟(b)，其中所使用之不導(dǎo)電介質(zhì)層系以PECVD、蒸鍍、濺鍍或旋涂方式涂覆于該基板上。其中該不導(dǎo)電介質(zhì)層系選自包括下列的任一種介質(zhì)二氧化硅、氮化硅、二氧化鈦、空氣及真空。
根據(jù)該方法的步驟(c)，其中該顯影術(shù)可為但不限于光學(xué)顯影術(shù)(photolithography)、電子束顯影術(shù)(E-beamlithography)、離子束顯影術(shù)(ion-beam lithography)、原子力顯影術(shù)(Atomic forcelithography)或掃瞄電子穿隧顯影術(shù)(Scanning tuning electronlithography)。
根據(jù)該方法，其中該金屬層及金屬掩蓋層的金屬系為熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者所習(xí)知的任一種具高熔點(diǎn)之金屬，較佳為鉑、鎢或金。
根據(jù)該方法，其中步驟(g)的金屬掩護(hù)層系具有厚度介于1nm至500nm之間。
如前所述，本發(fā)明的金屬光子盒可以任何形狀存在，能選自包括下列之一的任一形狀正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球形狀、金字塔形狀及其它可以用半導(dǎo)體制程制作的幾何形狀。當(dāng)欲制成正立方體時(shí)，該方法的步驟(b)中不導(dǎo)電介質(zhì)層的厚度為所欲光波長的約50％，步驟(c)的光阻區(qū)域系為邊長為所欲光波長的約50％之正方形，且步驟(e)的不導(dǎo)電介質(zhì)層的厚度為步驟(b)中的介質(zhì)層厚度或小于此厚度。
本發(fā)明可利用納米尺度的金屬光子盒被覆于例如燈泡的鎢絲表面，利用鎢絲熱電阻效應(yīng)上升至高溫的情形下，發(fā)出黑體輻射，再利用電磁波在金屬光子盒里的共振腔行為，大幅增加可見光的發(fā)光效率，亦可增加其穩(wěn)定性，在相同亮度需求下，電流也可降低，達(dá)到省電的功能。
因此，本發(fā)明又提供一種光源，是應(yīng)用上述可增強(qiáng)特定光波長發(fā)光強(qiáng)度的金屬光子盒的光源，其包括一黑體輻射發(fā)射體，其具有預(yù)定納米尺寸的金屬光子盒；及一加熱源，其可加熱該金屬光子盒之金屬，其中該金屬光子盒可形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振。
有關(guān)本發(fā)明所提供的光源，茲進(jìn)一步說明如后其中該金屬光子盒是將無法在該金屬光子盒共振的光波能量轉(zhuǎn)移到短波段的區(qū)域，以增強(qiáng)該短波段的區(qū)域中特定光波長的發(fā)光強(qiáng)度。其中該金屬光子盒系選自包括下列的任一種形狀正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球體形狀、金字塔形狀及其它可以用于半導(dǎo)體制程制作的幾何形狀。其中該金屬光子盒的金屬包圍壁的金屬厚度介于1nm至101μm之間。
請(qǐng)參閱圖2，將金屬光子盒結(jié)構(gòu)制作完成后，連同試片一起放到加熱的基座上，基座設(shè)計(jì)的方法是利用石墨或鎢片或其它可產(chǎn)生熱之高耐熱電傳導(dǎo)物質(zhì)，兩端通過電流下產(chǎn)生熱效應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到加熱的效果，而整個(gè)加熱的基臺(tái)置于一真空腔體下進(jìn)行。
或者請(qǐng)參閱圖3，直接將金屬光子盒結(jié)構(gòu)制作在可產(chǎn)生熱的高耐熱電傳導(dǎo)物質(zhì)上，或金屬光子盒的金屬即為可產(chǎn)生熱的高耐熱電傳導(dǎo)物質(zhì)上，例如鎢的材質(zhì)，制作完成后直接通過電流產(chǎn)生熱效應(yīng)，亦可達(dá)到加熱的效果。
上述加熱的溫度，比目前燈泡的溫度低，因?yàn)榻饘俟庾雍锌梢愿淖兒隗w幅射的光譜，加強(qiáng)光在所設(shè)計(jì)波長的強(qiáng)度，因此要達(dá)到可見光或其它設(shè)計(jì)波長的同樣強(qiáng)度，其溫度會(huì)比傳統(tǒng)的黑體幅射溫度低。再者，上述加熱的金屬光子盒可置于真空(壓力遠(yuǎn)低于一大氣壓，如133Pa以下)封裝內(nèi)，以降低金屬在高溫下被氧化的速率。
本發(fā)明的金屬光子盒亦可用利用不同尺寸的金屬光子盒對(duì)應(yīng)不同的光波長之特性，設(shè)計(jì)成發(fā)射不同可見光光源而控制光的顏色。其所遵守的公式為電磁學(xué)空腔共振體之截止波長公式λklm=2nak2+l2+m2]]>其中n為折射率，α為金屬光子盒的邊長，k，l，m為共振腔不同模態(tài)，最小為0或1。例如欲對(duì)應(yīng)紅色光源，金屬光子盒尺寸為300納米，對(duì)應(yīng)綠色光源之金屬光子盒尺寸為250納米，對(duì)應(yīng)藍(lán)色光源之金屬光子盒尺寸為220納米，其它顏色以此類推。若要達(dá)到高亮度的白光光源(照明技術(shù)的首要目標(biāo))，可設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)不同尺寸的金屬光子盒，例藍(lán)、黃的金屬光子盒混合排列，或紅、綠、藍(lán)三種金屬光子盒混合排列，均可輕易達(dá)到白光光源的效果，而不需要復(fù)雜的長晶技術(shù)或特定材料以發(fā)出特定顏色的光，利用此技術(shù)也可增強(qiáng)在其它非可見光的特定波長的發(fā)光強(qiáng)度。不同顏色的金屬光子盒可以利用半導(dǎo)體制程做在同一基板上，只是光罩的圖樣根據(jù)需要改變。因此在樣品上可以同時(shí)有不同波長的金屬光子盒，以同時(shí)發(fā)出不同顏色的光。
有關(guān)本發(fā)明的金屬光子盒，其應(yīng)用非常廣泛，例如照明所需要的白光光源，可利用三種尺寸的金屬光子盒(紅，綠，藍(lán))制作在同一試片上加熱，即可達(dá)到，若取代傳流鎢絲燈之燈絲，發(fā)光效率將大為提高，所產(chǎn)生的光源也不會(huì)是偏黃的光線。此外，白色光光源亦可應(yīng)用在最近發(fā)展成熟的液晶顯示器，其所需的背光源，加上金屬光子盒體積極小(納米尺寸)，將可大輻降低液晶顯示器的體積。
若金屬光子盒的尺寸固定，其發(fā)光顏色也將固定，可以做為指示燈或交通號(hào)志用。與傳統(tǒng)需要彩色玻璃的指示燈相比，其在該顏色的光之發(fā)光效率佳，可以省電，而且可以用同一種材料制造就可以做出不同顏色的指示燈，比半導(dǎo)體之LED用不同材料以達(dá)到不同顏色相比，金屬光子盒指示燈或交通號(hào)志更容易制作，生產(chǎn)成本更低。
另一方面，金屬光子盒亦可直接應(yīng)用在顯示方面，將金屬光子盒分區(qū)域，每一區(qū)域代表某一顏色的波長和像素(pixel)，控制不同電流通過不同區(qū)域金屬光子盒，可以達(dá)到不同區(qū)域的顏色顯示，因此可以達(dá)到彩色的顯像。加上金屬光子盒尺寸小的緣故，每一個(gè)像素(pixel)可以小到金屬光子盒的尺寸，(比μm還小)，因此可制作高分辨率的顯示器。此類顯示器與目前的液晶顯示器相比，不需背光板，不需濾光片(color filter)，不需液晶材料等等，制作更容易，生產(chǎn)成本更低。而且在制作完成后，由于金屬的可彎曲性，金屬光子盒可以做在彎曲表面上，使顯示器的形狀更多變化。
金屬光子盒亦可制作在通訊組件上，制作出通訊所需要的1.55μm波長或其它波長，其所對(duì)應(yīng)的金屬光子盒尺寸約為730納米，其它各領(lǐng)域所需要之光源亦以此類推來制作。
下列的實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，任何熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤飾，即凡依本發(fā)明所做的均等變化與修飾，應(yīng)為本發(fā)明專利范圍所涵蓋。
實(shí)施例有關(guān)本發(fā)明之金屬光子盒，其詳細(xì)的制作流程如下1.參閱圖4，在硅基板上蒸鍍一層金屬-鉑(白金)，厚度約為100納米。然而此技術(shù)不限定基板的材質(zhì)。
2.制作一層厚度為220納米之介質(zhì)層，利用旋涂SOG(spin-onglass)來成長。
3.以電子束顯影(E-beam lithography)的方式定義出光阻的區(qū)域，邊長為220納米的正方型，間隔為100納米(上視圖，參見圖5)當(dāng)作光罩(mask)。
4.利用干蝕刻(RIE，Reactive Ion Etch)的技術(shù)蝕刻掉沒有光阻的的區(qū)城。
5.蒸鍍厚度為220納米的金屬-鉑(白金)，之后再將光阻清洗掉。
6.參見圖6，再蒸鍍厚度為10納米的掩蓋層(cover)金屬即完成。
經(jīng)過上述步驟的制造，將所制得之金屬光子盒置入高溫量測系統(tǒng)，可觀察到發(fā)出467納米的波長，其頻譜請(qǐng)參閱圖7，溫度約在攝氏700度左右，完全達(dá)到我們所欲觀察到的波長，且其頻譜壓抑了截止波長467納米以上的波段，將其能量轉(zhuǎn)移到短波長的區(qū)域，所以467納米的強(qiáng)度也被放大了五到六倍左右，大輻提高了原本可見光波段的發(fā)光效率。就能源觀點(diǎn)來看，電流只需原本的五分之一，即可達(dá)到相同的亮度，達(dá)到大輻省電的效果。與圖8相比較，其顯示了無金屬光子盒之黑體輻射下鉑表面之發(fā)光頻譜。可以發(fā)現(xiàn)長波長部份被壓抑許多，而只在金屬光子盒之截止波長出現(xiàn)一放大五至六倍的強(qiáng)度，使得可見光所占能量的比例大輻提高20～30％，致使可見光范圍的發(fā)光效率大輻提高。
權(quán)利要求
1.一種金屬光子盒，其特征在于包括一金屬包圍壁，形成一共振腔；以及不導(dǎo)電介質(zhì)，置于該共振腔中，其中該不導(dǎo)電介質(zhì)具有特定的尺寸，以形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振，其中該金屬光子盒于一定溫度下產(chǎn)生輻射光，其一定波段的發(fā)光強(qiáng)度將得以強(qiáng)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬光子盒，其特征在于，系將無法在該金屬光子盒共振的光波能量轉(zhuǎn)移到短波段的區(qū)域，以增強(qiáng)該短波段的區(qū)域中特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬光子盒，其特征在于，該金屬光子盒系選自包括下列之任一種形狀正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球體形狀、金字塔形狀及其它可以用半導(dǎo)體制程制作的幾何形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬光子盒，其特征在于，其中該不導(dǎo)電介質(zhì)系選自包括下列之任一種介質(zhì)二氧化硅、氮化硅、二氧化鈦、空氣及真空。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬光子盒，其特征在于，其中該金屬包圍壁之金屬，其厚度系介于1nm至10μm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬光子盒，其特征在于，其中該金屬系選自包括下列的任一種具高熔點(diǎn)的金屬鉑、鎢及金。
7.一種制作如權(quán)利要求1所述的金屬光子盒的方法，其特征在于包括下列步驟(a)在一基板上形成一金屬層；(b)在該金屬層上形成一不導(dǎo)電介質(zhì)層；(c)以顯影術(shù)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上定義出光阻之區(qū)域；(d)除去該不導(dǎo)電介質(zhì)層上沒有光阻覆蓋之區(qū)城；(e)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬層；及(f)剝除該光阻；及(g)在該不導(dǎo)電介質(zhì)層上形成一金屬掩蓋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(a)的基板系為硅基板、玻璃基板、金屬基板或?qū)峄濉?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(a)的金屬層厚度系介于5nm至1μm之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中該金屬層及金屬掩蓋層的金屬系選自包括下列之任一種具高熔點(diǎn)之金屬鉑、鎢及金。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(b)的不導(dǎo)電介質(zhì)層系以PECVD、蒸鍍、濺鍍或旋涂方式涂覆于該基板上。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(c)的顯影術(shù)為光學(xué)顯影術(shù)、電子束顯影術(shù)、離子束顯影術(shù)、原子力顯影術(shù)或掃瞄電子穿隧顯影術(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中該所制得的金屬光子盒系選自包括下列之任一種形狀正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球體形狀、金字塔形狀及其它可以用半導(dǎo)體制程制作的幾何形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中該所制得的金屬光子盒系為正立方體形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(b)的不導(dǎo)電介質(zhì)層厚度約為所欲光波長的50％。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(c)的光阻區(qū)域系為邊長約為所欲光波長的50％的正方形。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(e)的不導(dǎo)電介質(zhì)層的厚度為步驟(b)中的介質(zhì)層厚度或小于此厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中步驟(g)的金屬掩護(hù)層系具有厚度介于1nm至500nm之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作金屬光子盒的方法，其特征在于，其中該不導(dǎo)電介質(zhì)層系選自包括下列之任一種介質(zhì)二氧化硅、氮化硅、二氧化鈦、空氣及真空。
20.一種應(yīng)用可增強(qiáng)特定光波長發(fā)光強(qiáng)度的金屬光子盒的光源，其特征在于包括一黑體輻射發(fā)射體，其具有預(yù)定納米尺寸的金屬光子盒；及一加熱源，其可加熱該金屬光子盒的金屬，其中該金屬光子盒可形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的金屬光子盒的光源，其特征在于，其中該金屬光子盒系將無法在該金屬光子盒共振的光波能量轉(zhuǎn)移到短波段的區(qū)域，以增強(qiáng)該短波段的區(qū)域中特定光波長的發(fā)光強(qiáng)度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的金屬光子盒的光源，其特征在于，其中該金屬光子盒系選自包括下列之任一種形狀正立方體形狀、長方體形狀、球體形狀、橢球體形狀、金字塔形狀及其它可以用半導(dǎo)體制程制作的幾何形狀。
23根據(jù)權(quán)利要求20所述的金屬光子盒的光源，其特征在于，其中該金屬光子盒的金屬包圍壁的金屬，其厚度系介于1nm至10μm之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可增強(qiáng)特定光波長之發(fā)光強(qiáng)度的金屬光子盒及其制作方法與光源。其包括金屬包圍壁，其中該金屬包圍壁形成一共振腔；及不導(dǎo)電介質(zhì)，其系充填于該共振腔中；其中該金屬光子盒可形成一截止波長，使得大于該截止波長的光波段無法在該金屬光子盒共振。
文檔編號(hào)H01K3/02GK1638016SQ20041001164
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者林清富, 趙家忻 申請(qǐng)人:林清富