光敏特性的二氧化锗基有机－无机复合材料的制备方法技术

光敏特性的二氧化锗基有机－无机复合材料的制备方法，以二氧化锗作为无机基质和有机改性硅酸盐（含光敏基团）为有机基质的低温有机－无机复合光敏材料，通过基于其有机光敏功能基团以实现具有光敏特性同时集光波导特性于一身的有机－无机复合光电子材料。采用改进溶胶－凝胶技术结合低温有机－无机合成技术制备具有合成温度低、工艺要求简单、而且重复性好等优点。本发明专利技术同时通过该类低温复合材料的紫外光敏特性结合掩模技术或其它激光技术可进行低成本的光波导器件或其它微光器件的制作。特别是基于在低温下具有数微米厚、折射率可调和紫外光敏特性的单层光学质量波导薄膜，所以非常利于实现微纳光电子器件的集成化和批量制作。

Two preparation methods of germanium oxide based organic-inorganic composite material of photosensitive properties

Two preparation methods of germanium oxide based inorganic organic composite materials photosensitive, with two GeO2 as inorganic matrix and organic modified silicate (containing photosensitive group) for low temperature organic-inorganic composite photosensitive material of the organic matrix, based on the organic photosensitive functional groups in order to realize the organic inorganic composite optoelectronic materials are photosensitive at the same time set optical waveguide properties in a body. The improved sol-gel technique combined with low temperature organic inorganic synthesis technology has the advantages of low synthesis temperature, simple process and good repeatability. At the same time, the low cost optical waveguide device or other micro optical device can be produced by the ultraviolet photosensitive property of the low-temperature composite material, the mask technique or other laser technology. In particular, a single layer optical quality waveguide film with a thickness of several micrometers, a refractive index, and an ultraviolet photosensitive property at low temperature is beneficial to the integration and batch fabrication of micro nano optoelectronic devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化锗基有机-无机复合材料的制备方法，具体涉及一 种。
技术介绍
近年来基于有机改性硅酸盐基复合材料在集成光电子学方面的应用，在 国际上引起了科学家们极大的关注。特别是基于有机改性硅酸盐的溶胶一凝 胶集成光学正显示出潜在的光电子学应用前景。和无机玻璃基质材料相比， 有机-无机复合材料随着有机基团的加入不但可以改进材料的物理、化学和机 械特性，而且还可以改进无机基质的结构，使得对有机光敏分子基团异构化 具有更大的空间。例如含有可聚合的包括未饱含的碳氢化合物或环氧物替代 等有机基团的有机-无机复合材料己被广泛的研究和开发，因为这类复合材料 可根据其紫外光的光敏特性结合掩模技术、激光写入技术、激光全息术或电 子束曝光技术等，然后直接进行显影冲洗掉未被光照(未聚合)区域而实现 光波导器件和微光器件的制作。由此可见，基于该类光敏复合材料的光器件 制作过程，可以省去无机材料中必须的刻蚀过程，从而可大大降低器件制作 成本和进行简单和批量制作。所以到目前为止，基于溶胶-凝胶技术的低温有 机-无机复合光敏材料己被广泛的应用于波导和微光器件，包括二氧化硅、二 氧化锆、二氧化钛基有机-无机光敏复合材料被报道和研究。另一方面，考虑到锗硅玻璃在可见和近红外区具有高的透光性，被广泛 地用作为光纤芯材料。这表明二氧化锗一有机改性硅酸盐复合材料作为基质 加入有机光敏基团的复合材料对于光子学和集成光学将具有巨大的潜在应用，因为它不但与单模光纤有很好的兼容性，而且以二氧化硅作为基底和二 氧化锗作为芯掺杂的^"料的光波导，在本质上和单模光纤将具有等同的特性。 这样结合有机基团的光敏特性和激光掩模技术，从而对该复合材料可望进行 低成本和简单批量的微纳光电子器件的制作，这对集成光电子学具有巨大的 潜在应用。所以结合改进的溶胶-凝胶技术和低温有机-无机复合技术实现其 具有良好光波导特性和紫外光敏特性于一身的二氧化锗基有机-无机复合光 敏材料的研究对于光子学和集成光学的发展将具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成温度低、工艺要求简单、而且重复性好 的光敏特性二氧化锗基有机-无机复合材料的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用技术方案是1)首先按l: 4的摩尔比将 异丙醇锗和2-甲氧基乙醇混合并搅拌均匀作为溶液A;按l: 3: 3的摩尔比 将3-(三甲氧基硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯、异丙醇和去离子水混合搅拌均 匀水解后作为溶液B;按l: 4: 4的摩尔比将甲基三乙氧基硅烷、乙醇和去 离子水混合，然后在混合液中按甲基三乙氧基硅垸盐酸为100: 1的摩尔加 入盐酸作为催化剂搅拌均匀后作为溶液C;2) 然后将20-40摩尔份数的溶液A、 30-60摩尔份数的溶液B和0-40摩尔份数的溶液C混合在室温下搅拌，得到均匀含硅锗的低温有机-无机复合基质母液；3) 将有机-无机复合基质母液总重量3.0-4.5%的双(2， 4， 6-三甲基 苯甲酰基)苯基氧化膦光引发剂加入到有机-无机复合基质母液中，并在暗室 和室温下搅拌均匀得到悬浊液；4) 利用旋转涂层工艺在转速为每分钟2500-4000转的情况下将上述得到 的悬浊液沉积在玻璃基片上，然后将沉积好的薄膜样品放在80-120°C温度下处理10-20分钟，即可得到光敏特性的二氧化锗基有机-无机复合薄膜材料。 本专利技术采用改进溶胶-凝胶技术结合低温有机-无机合成技术制备具有合 成温度低、工艺要求简单、而且重复性好等优点。本专利技术以二氧化锗作为无 机基质和有机改性硅酸盐(含光敏基团)为有机基质的低温有机-无机复合光 敏材料，通过基于其有机光敏功能基团以实现具有光敏特性同时集光波导特 性于一身的有机-无机复合光电子材料。同时通过该类低温复合材料的紫外光 敏特性结合掩模技术或其它激光技术可进行低成本的光波导器件或其它微光 器件的制作。特别是基于在低温下具有数微米厚、折射率可调和紫外光敏特 性的单层光学质量波导薄膜，所以非常利于实现微纳光电子器件的集成化和 批量制作，而光电子器件的集成化无疑将是光电子发展的重要趋势。 附图说明图1不同热处理温度下得到的二氧化锗基有机-无机复合光敏材料的傅立 叶变换红外光谱曲线图，其中横坐标为波数(cm")，纵坐标为吸收率；图2是基于本专利技术的制备方法得到的复合薄膜基质材料紫外光敏特性制作的脊型光波导阵列(a): 二维图像；(b): WYKO干涉仪测量的脊型波导高度和宽度分布，其中横坐标为波导之间距离(微米)，纵坐标为波导高度(微米)；图3基于本专利技术的制备方法得到的复合薄膜基质材料光敏特性制作的脊 型光波导(a):三维图像；(b): WYKO干涉仪测量的相应图a波导高度和 宽度分布，其中横坐标波导宽度(微米)，纵坐标为波导高度(微米)；图4基于本专利技术的制备方法得到的复合薄膜基质材料光敏特性制作的脊 型光波导，和图3比具有更长曝光时间的结果(a):三维图像；(b): WYKO 干涉仪测量的脊型波导高度和宽度分布，其中横坐标波导宽度(微米)，纵坐 标为波导高度(微米)。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例l:首先按l: 4的摩尔比将异丙醇锗和2-甲氧基乙醇混合并搅拌 均匀作为溶液A;按l: 3: 3的摩尔比将3-(三甲氧基硅垸基)丙基甲基丙 烯酸酯、异丙醇和去离子水混合搅拌均匀水解后作为溶液B;按l: 4: 4的 摩尔比将甲基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水混合，然后在混合液中按甲基 三乙氧基硅烷盐酸为100: 1的摩尔加入盐酸作为催化剂搅拌均匀后作为溶 液C;然后将20摩尔份数的溶液A、 40摩尔份数的溶液B和40摩尔份数的溶液C混合在室温下搅拌，得到均匀含硅锗的低温有机-无机复合基质母液；将有机-无机复合基质母液总重量3%的双(2， 4, 6-三甲基苯甲酰基) 苯基氧化膦光引发剂加入到有机-无机复合基质母液中，并在暗室和室温下搅 拌均匀得到悬浊液；利用旋转涂层工艺在转速为每分钟2500转的情况下将上述得到的悬浊 液沉积在玻璃基片上，然后将沉积好的薄膜样品放在80°C温度下处理10分 钟，即可得到单层具有大约2微米厚的，而且表面光滑平整并具有紫外光敏 特性和光波导特性的二氧化锗基有机-无机复合薄膜材料。实施例2:首先按l: 4的摩尔比将异丙醇锗和2-甲氧基乙醇混合并搅拌 均匀作为溶液A;按h 3: 3的摩尔比将3-(三甲氧基硅烷基)丙基甲基丙 烯酸酯、异丙醇和去离子水混合搅拌均匀水解后作为溶液B;按l: 4: 4的 摩尔比将甲基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水混合，然后在混合液中按甲基 三乙氧基硅烷盐酸为100: 1的摩尔加入盐酸作为催化剂搅拌均匀后作为溶 液C;然后将30摩尔份数的溶液A、 50摩尔份数的溶液B和20摩尔份数的溶液C混合在室温下搅拌，得到均匀含硅锗的低温有机-无机复合基质母液； 将有机-无机复合基质母液总重量3. 5%的双(2， 4， 6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦光弓I发剂加入到有机-无机复合基质母液中，并在暗室和室温下搅拌均匀得到悬浊液；利用旋转涂层工艺在转速为每分钟3000转的情况下将上述得到的悬浊液沉积在玻璃基片上，然后将沉积好的薄膜样品放在80°C温度下处理15分钟，即可得到单层具有大约2微米厚的，而且表面光滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
光敏特性的二氧化锗基有机－无机复合材料的制备方法，其特征在于：１）首先按１∶４的摩尔比将异丙醇锗和２－甲氧基乙醇混合并搅拌均匀作为溶液Ａ；按１∶３∶３的摩尔比将３－（三甲氧基硅烷基）丙基甲基丙烯酸酯、异丙醇和去离子水混合搅拌均匀水解后作为溶液Ｂ；按１∶４∶４的摩尔比将甲基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水混合，然后在混合液中按甲基三乙氧基硅烷∶盐酸为１００∶１的摩尔加入盐酸作为催化剂搅拌均匀后作为溶液Ｃ；２）然后将２０－４０摩尔份数的溶液Ａ、３０－６０摩尔份数的溶液Ｂ和０－４０摩尔份数的溶液Ｃ混合在室温下搅拌，得到均匀含硅锗的低温有机－无机复合基质母液；３）将有机－无机复合基质母液总重量３．０－４．５％的双（２，４，６－三甲基苯甲酰基）苯基氧化膦光引发剂加入到有机－无机复合基质母液中，并在暗室和室温下搅拌均匀得到悬浊液；４）利用旋转涂层工艺在转速为每分钟２５００－４０００转的情况下将上述得到的悬浊液沉积在玻璃基片上，然后将沉积好的薄膜样品放在８０－１２０℃温度下处理１０－２０分钟，即可得到光敏特性的二氧化锗基有机－无机复合薄膜材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阙文修，贾春颖，姚熹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]