飛秒激光硅表面微納結(jié)構(gòu)制備及其光學(xué)特性研究.pdf

1、利用飛秒激光對(duì)硅材料進(jìn)行微處理后，表面會(huì)形成一層微納米復(fù)合尺寸的圓錐狀柱形結(jié)構(gòu)，這層結(jié)構(gòu)使半導(dǎo)體硅材料具備優(yōu)異的光學(xué)性能，對(duì)紫外到紅外波段光的吸收效率高達(dá)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(cè)領(lǐng)域、太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)和場(chǎng)致發(fā)射器等方面都具有廣闊的應(yīng)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(lái)，對(duì)黑硅微納結(jié)構(gòu)形貌控制和優(yōu)化的研究從來(lái)沒(méi)有間斷過(guò)。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(zhǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的影響，從而實(shí)現(xiàn)黑硅表面微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)控，提升其應(yīng)用潛力。
　　本研究在飛秒激光制備硅表面微納結(jié)構(gòu)過(guò)程中，首先進(jìn)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(duì)表面形貌影響的研究。實(shí)驗(yàn)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(guò)多的激光脈沖數(shù)和過(guò)高的激光功率對(duì)微結(jié)構(gòu)尺寸的增長(zhǎng)沒(méi)有明顯效果，存在一個(gè)最佳的能量累積方式使結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到最大的同時(shí)還能減少激光能量的消耗和加快黑硅的制備速度，同時(shí)也避免

3、過(guò)多能量沉積對(duì)硅表面造成的缺陷和損傷。通過(guò)模擬計(jì)算證明，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是表面形貌演化過(guò)程中微結(jié)構(gòu)表面對(duì)激光的吸收能力發(fā)生變化所導(dǎo)致。最后對(duì)優(yōu)化參數(shù)后制備出的黑硅樣品光吸收效率進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明對(duì)250nm—2500nm波段光吸收率大于95%，并分析了其光吸收機(jī)理。進(jìn)行了800nm和400nm飛秒激光制備硅表面微結(jié)構(gòu)的對(duì)比研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在激光能量累積較少時(shí)，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；