광 발광성 (photoluminescence, PL)과 광 반사성(reflectivity)의 두 가지 광학적 성질을 동시에 가지고 있는 새로운 다층 DBR(distributed Bragg reflector) 다공성 실리콘 composite 필름을 개발하였다. 발광 효율이 높은 실리콘 고분자 폴리실올을 PMMA(polymethylmethacrylate)에 첨가하여 다층 DBR 다공성 실리콘 표면에 코팅을 한 composite 필름을 제조하였다. 이 composite 필름은 510 nm에서의 발광스펙트럼과 565 nm에서의 반사스펙트럼을 동시에 나타낸다. 이러한 composite 필름은 광학적 정보가 저장되어있고 물리적인 힘을 가하여도 그 광학적 정보를 잃지 않는 장점을 갖는다. 또한 다층 DBR 다공성 실리콘 필름은 쉽게 부서지는 단점 때문에 다루기가 어려운 반면 composite 필름은 고분자로 고형화 되어있으므로 기계적인 안정도를 증가시킬 수 있었다.
광 발광성 (photoluminescence, PL)과 광 반사성(reflectivity)의 두 가지 광학적 성질을 동시에 가지고 있는 새로운 다층 DBR(distributed Bragg reflector) 다공성 실리콘 composite 필름을 개발하였다. 발광 효율이 높은 실리콘 고분자 폴리실올을 PMMA(polymethylmethacrylate)에 첨가하여 다층 DBR 다공성 실리콘 표면에 코팅을 한 composite 필름을 제조하였다. 이 composite 필름은 510 nm에서의 발광스펙트럼과 565 nm에서의 반사스펙트럼을 동시에 나타낸다. 이러한 composite 필름은 광학적 정보가 저장되어있고 물리적인 힘을 가하여도 그 광학적 정보를 잃지 않는 장점을 갖는다. 또한 다층 DBR 다공성 실리콘 필름은 쉽게 부서지는 단점 때문에 다루기가 어려운 반면 composite 필름은 고분자로 고형화 되어있으므로 기계적인 안정도를 증가시킬 수 있었다.
DBR (distributed Bragg reflectors) PSi (porous silicon) composite films displaying dual optical properties, both optical reflectivity and photoluminescence had been developed. DBR PSi samples were prepared by electrochemical etch of heavily doped $p^{++}-type$ silicon wafers (boron doped,...
DBR (distributed Bragg reflectors) PSi (porous silicon) composite films displaying dual optical properties, both optical reflectivity and photoluminescence had been developed. DBR PSi samples were prepared by electrochemical etch of heavily doped $p^{++}-type$ silicon wafers (boron doped, polished on the face, resistivity of $0.8-1.2m{\Omega}-cm$, Siltronix, Inc.). Free-standing DBR PSi films were treated with PMMA (polymethyl methacrylate) to produce flexible, stable composite materials in which the PSi matrix is covered with PMMA containing photoluminescent polysiloles. Optical characteristics of DBR PSi/polysilole-impregnated PMMA composite materials exhibit both their photonic reflectivity at 565 nm and photoluminescence at 510 nm, simultaneously. A possible application of this materials will be discussed.
DBR (distributed Bragg reflectors) PSi (porous silicon) composite films displaying dual optical properties, both optical reflectivity and photoluminescence had been developed. DBR PSi samples were prepared by electrochemical etch of heavily doped $p^{++}-type$ silicon wafers (boron doped, polished on the face, resistivity of $0.8-1.2m{\Omega}-cm$, Siltronix, Inc.). Free-standing DBR PSi films were treated with PMMA (polymethyl methacrylate) to produce flexible, stable composite materials in which the PSi matrix is covered with PMMA containing photoluminescent polysiloles. Optical characteristics of DBR PSi/polysilole-impregnated PMMA composite materials exhibit both their photonic reflectivity at 565 nm and photoluminescence at 510 nm, simultaneously. A possible application of this materials will be discussed.
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문제 정의
[10, 11]. 이 논문에서 우리는 높은 효율의 발광성을 갖는 폴리실 올을 포함하고 있어 이중적 광학특성을 가지는 DBR (Distributed Bragg Reflector) 다공성 실리콘/PMMA composite 재료를 제작하여 특성 평가한 결과를 보고하고자 한다.
가설 설정
(b) black light.
제안 방법
식각용매로는 HF 용액 (48% by weight: ACS reagent, Aldrich Chemicals)과 순수한 에탄올 (ACS reagent, Aldrich Chemicals)을 사용하였으며 HF : 에탄올 = 3 : 1의 부피비로 준비하였다. 전기화학적 식각은 두 개의 전극을 사용하여 teflon cell안에서 수행하였다. 흘려준 전류는 주기적으로 변하는 서로 다른 다공성(porosity) 을 생성하기 위해 5 nAcm"에 90초, 50 mA-cm-2에 3초로 교대로 흘려주어 30회 시행하였다.
전기화학적 식각은 두 개의 전극을 사용하여 teflon cell안에서 수행하였다. 흘려준 전류는 주기적으로 변하는 서로 다른 다공성(porosity) 을 생성하기 위해 5 nAcm"에 90초, 50 mA-cm-2에 3초로 교대로 흘려주어 30회 시행하였다.
전자 연마 작업 또한 DBR 다공성 실리콘의 제조와 같이 teflon cell에서 수행하였다. Potentiostat/Gal.
3 mg을 toluene 20 mL 에 넣어 교반해주면서 완전히 용해시킨다. PMMA와 PTPS 가 녹아있는 용액에서 5 mL를 취하여 전자연마작업을 통하여 제조된 DBR 다공성 실리콘 필름에 코팅하여 약 30분간 실온에서 건조시켜 PTPS를 함유하고 있는 DBR 다공성 실리콘/PMMA composite 필름을 만들었다.
DBR 다공성 실리콘/PMMA composite 필름의 광 반사성을 관찰하기 위하여 tungsten-halogen 램프를 광원으로 사용하는 LS-1 이 장착된 Ocean Optics USB-2000 CCD spectrometer를 사용하였으며 광 발광성을 측정하기 위해 LED (Xmax = 380 nm)를 광원으로 하는 LS-450이장착된 Ocean Optics USB- 2000 CCD spectrometer# 사용하여 얻었다
필름으로 만들 수 있었다. 발광 효율이 좋은 실리콘 고분자인 PTPS를 PMMA에 첨가함으로써 반사성과 광 발광성의 이중적 성질을 갖는 composite 재료를 제조하였다. 이러한 composite 필름은 광학적 정보가 저장되어있고 물리적인 힘을 가하여도 그 광학적 정보를 잃지 않는 장점을 갖고 있다.
대상 데이터
2 mΩ—cm, Siltronix, Inc)를 source meter (Keithley 2420)를 이용하여 전류를 흘려주어 전기 화학적 식각을 하게 되면 DBR 다공성 실리콘을 합성할 수 있다. 식각용매로는 HF 용액 (48% by weight: ACS reagent, Aldrich Chemicals)과 순수한 에탄올 (ACS reagent, Aldrich Chemicals)을 사용하였으며 HF : 에탄올 = 3 : 1의 부피비로 준비하였다. 전기화학적 식각은 두 개의 전극을 사용하여 teflon cell안에서 수행하였다.
Potentiostat/Gal.,anostat 363모델 (EG & E Instrument)을 이용하여 460 mA/cm"의 정 전류를 1분 30초 동안 흘려주었다. 이때 사용한 용매는 HF : 에탄올 = 3 : 1의 부피비의 용매를 사용하였다.
,anostat 363모델 (EG & E Instrument)을 이용하여 460 mA/cm"의 정 전류를 1분 30초 동안 흘려주었다. 이때 사용한 용매는 HF : 에탄올 = 3 : 1의 부피비의 용매를 사용하였다. 그리고 난 후 다시 HF : 에탄올 = 1 : 15의 부피비로 제조 된 용매를 사용하여 29 mA・cm-1의 정 전류를 1분 30초 동안 흘려주었다.
아르곤 기체 분위기에서 실행하였다. 실험에 사용한시익들', diphenylacetylene, lithium, silicontetrachlo - ride, phenylmethyldichlorosilane, sodiunr등^은 Aldrich 와 Fisher에서 구입하여 사용하였으며 용매는 아르곤 가스 분위기에서 sodium/benzophenone과 함께 24시간 이상환류 시킨 후 무수의 THF와 diethyl ether, hexane, toluene 등을 시용하였다. Polytetraphenylsilole (PTPS; yield = 40 %, Mw = 5500)의 합성은 그림 1 에서와 같이 기존에 보고된 논문에 따라 합성되었다[12].
우리는 최근에 광학적 정보가 저장된 DBR 다공성 실리콘/PMMA composite 필름의 광학적 특성 즉 반사 스펙트럼을 측정하기 위해 광원으로는 텅스텐-할로겐램프를 이용하였다[13]. 그림 3은 텅스텐-할로겐램프를 광원으로 이용하여 광학적 정보가 저장된 DBR 다공성 실리콘과 FTPS 를 함유하고 있는 DBR 다공성 실리콘/PMMA composite 필름의 반사스펙트럼이다.
이론/모형
본 실험에서 이용한 합성기술은 standard vacuum line Schlenk technique을 사용하였으며 모든 재료에 대한 합성은 아르곤 기체 분위기에서 실행하였다. 실험에 사용한시익들', diphenylacetylene, lithium, silicontetrachlo - ride, phenylmethyldichlorosilane, sodiunr등^은 Aldrich 와 Fisher에서 구입하여 사용하였으며 용매는 아르곤 가스 분위기에서 sodium/benzophenone과 함께 24시간 이상환류 시킨 후 무수의 THF와 diethyl ether, hexane, toluene 등을 시용하였다.
실험에 사용한시익들', diphenylacetylene, lithium, silicontetrachlo - ride, phenylmethyldichlorosilane, sodiunr등^은 Aldrich 와 Fisher에서 구입하여 사용하였으며 용매는 아르곤 가스 분위기에서 sodium/benzophenone과 함께 24시간 이상환류 시킨 후 무수의 THF와 diethyl ether, hexane, toluene 등을 시용하였다. Polytetraphenylsilole (PTPS; yield = 40 %, Mw = 5500)의 합성은 그림 1 에서와 같이 기존에 보고된 논문에 따라 합성되었다[12].
성능/효과
이러한 composite 필름은 광학적 정보가 저장되어있고 물리적인 힘을 가하여도 그 광학적 정보를 잃지 않는 장점을 갖고 있다. 또한 다층 DBR 다공성 실리콘 필름은 쉽게 부서지는 단점 때문에 다루기가 어려운 반면 composite 필름은 고분자로 고형화 되어있으므로 기계적인 안정도를 증가 시킬 수 있었다.
그림 4에서 보여준 사진은 DBR 다공성 실리콘/PMMA composite 필름이 PTPS를 함유함과 동시에 광학적 정보가 저장되어있고 composite 필름을 구부려도 그 광학적 정보를 잃지 않으며 DBR PSi 필름의 단점인 쉽게 부서져 광학적 정보를 잃어버리는 단점을 극복하여 기계적 안정도가 증가 되었다는 것을 나타낸다.
후속연구
폴리실올은 실올분자가 Si-Si 결합을 통해 이루어진 고분자 사슬로서 독특한 광학적 또는 전자적 특성을 갖고 있어 LED의 발광층[14] 에 사용되거나 화학적 센서에서 전자 전달 재료[15]로 적용 가능하다. 그러므로 특정한 파장의 반사성을 갖는 DBR 다공성 실리콘과 높은 효율의 발광성을 갖는 폴리실올의 광학적 특성의 조합은 광학재료에서 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (15)
A. Uhlir, Elcetronics shaping of germanium and silicon (Bell system Tech, 1956), pp. 333
M. Bruchez, M. Moronne, P. Gin, S. Weiss, and A. P. Alivisatos, Science. 281, 2013 (1998)
A. Janshoff, K. S. Dancil, C. Steinem, D. P. Greiner, V. S. Lin, C. Gurtner, K. Motesharei, M. J. Sailor, and M. R. Ghadiri, J. Am. Chem. Soc. 120, 12108 (1998)
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