飛秒激光硅表面微納結(jié)構(gòu)制備及其光學特性研究.pdf

1、利用飛秒激光對硅材料進行微處理后，表面會形成一層微納米復合尺寸的圓錐狀柱形結(jié)構(gòu)，這層結(jié)構(gòu)使半導體硅材料具備優(yōu)異的光學性能，對紫外到紅外波段光的吸收效率高達90％，我們稱這種材料為“黑硅”。這種微結(jié)構(gòu)表面在光電探測領(lǐng)域、太陽能光伏產(chǎn)業(yè)和場致發(fā)射器等方面都具有廣闊的應用前景。黑硅這些新穎的功能特性與它表面的微結(jié)構(gòu)形貌是密不可分的，自黑硅誕生以來，對黑硅微納結(jié)構(gòu)形貌控制和優(yōu)化的研究從來沒有間斷過。本論文主要研究激光能量的不同累積方式以及激光波

2、長對結(jié)構(gòu)尺寸的影響，從而實現(xiàn)黑硅表面微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)控，提升其應用潛力。
　　本研究在飛秒激光制備硅表面微納結(jié)構(gòu)過程中，首先進行了激光能量的累積方式（調(diào)節(jié)激光輻照的脈沖數(shù)和調(diào)節(jié)單脈沖的激光能量）對表面形貌影響的研究。實驗發(fā)現(xiàn)相同的累積能量條件下表面形貌并不相同，而且過多的激光脈沖數(shù)和過高的激光功率對微結(jié)構(gòu)尺寸的增長沒有明顯效果，存在一個最佳的能量累積方式使結(jié)構(gòu)尺寸達到最大的同時還能減少激光能量的消耗和加快黑硅的制備速度，同時也避免

3、過多能量沉積對硅表面造成的缺陷和損傷。通過模擬計算證明，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是表面形貌演化過程中微結(jié)構(gòu)表面對激光的吸收能力發(fā)生變化所導致。最后對優(yōu)化參數(shù)后制備出的黑硅樣品光吸收效率進行了測試，測試結(jié)果表明對250nm—2500nm波段光吸收率大于95%，并分析了其光吸收機理。進行了800nm和400nm飛秒激光制備硅表面微結(jié)構(gòu)的對比研究，實驗發(fā)現(xiàn)，在激光能量累積較少時，400nm激光在硅表面形成微結(jié)構(gòu)需要的激光總能量要比800nm激光少；