微球辅助激光在硅、蓝宝石衬底上加工纳米孔阵列及其应用

发布时间：2021-06-08 04:46

　　纳米孔阵列因为其卓越的物理、化学、光电学等特性使其在太阳能电池、发光器件、电化学储能、纳米光子学和传感器等领域具有广泛的应用。随着纳米加工技术的发展,纳米孔阵列的加工方法在逐步改善和提高,但仍然存在着加工设备昂贵（聚焦离子束加工）、只能加工导电材料（电化学加工）等问题。目前,利用激光辐照基底表面致密排列的单层微球,能够在基底上加工出纳米孔阵列。该方法能够实现快速的纳米孔阵列加工且成本低,对环境要求不高。然而,目前加工出的纳米孔周围存在明显的烧蚀溅射物,并且纳米孔的几何形状精度较差。另外,纳米孔尺寸与激光加工参数、微球尺寸和材质的对应关系,以及纳米孔阵列在不同实际应用中的最优结构尺寸还有待进一步研究。因此,针对上述问题,本课题将开展以下4个方面的研究内容:（1）优化单层微球铺设的工艺参数。通过单因素变量法,逐个优化影响微球排列的3个主要因素:水与无水乙醇的比例（Prop）,十二烷基磺酸钠溶液（SDS）的溶度和SDS添加量。实验结果表明,当Prop为1:1,SDS的浓度为6 wt%,添加量为1 ml时,能够得到紧密排列的单层微球。（2）微球辅助红外皮秒激光加工纳米孔阵列实验研究。分别以硅和... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

(a)在铝基板上形成的阳极多孔氧化铝和在氧化物/金属界面上形成的纳米孔阵列的示意图模型，(b)直径90nm的阳极氧化铝纳米孔阵列模板

第1章绪论3图1.1(a)在铝基板上形成的阳极多孔氧化铝和在氧化物/金属界面上形成的纳米孔阵列的示意图模型，(b)直径90nm的阳极氧化铝纳米孔阵列模板1.2.2聚焦离子束加工聚焦离子束（Focusedionbeam,FIB）是将离子束斑经过电磁场聚焦到亚微米级甚至纳米级尺寸而成的细束。与聚焦电子束不同的是，聚焦离子束的离子质量是电子质量的几千倍，因此聚焦离子束可以凭借较重的粒子质量直接将固体表面的原子溅射剥离。加工材料比较广泛，对脆性、半导体、高分子等材料都可以加工[20-22]，由于加工环境是在真空中，因此更适合加工易氧化的金属、合金等材料。离子束加工是靠微观机械去除，被加工表面层基本不产生热量，不引起机械力和损伤，因此聚焦离子束的加工精度和表面质量都很高。目前离子束斑直径可小至5nm[23]，可以选用不同的离子束的束斑直径和能量密度来达到不同的加工要求。随着FIB加工设备的不断改进以及加工技术的不断提高，FIB打孔技术已经逐渐发展为制备直径小于10nm的固态纳米孔的主要技术。法国的Gierak团队[20]采用专用的FIB纳米机在20nm厚的SiC薄膜上加工出一系列的孔，所制备出的纳米孔的平均直径为4.5nm，最小直径达到了2.5nm。Yang等[24]提出一种缩小FIB加工孔径的新方法，用Ga离子束辐照在自收缩介电掩模上，加工出直径约120nm的纳米孔阵列（如图1.2a所示），通过材料的自收缩可以将孔径收缩到7nm（如图1.2b所示）。图1.2直径不同的纳米孔阵列：(a)120nm，(b)7nm

第1章绪论5图1.3ITO层上的压印图案的SEM照片：(a)俯视图，(b)横截面图1.2.4激光加工激光加工技术是用高能量密度的激光束使工件材料表面局部升温，熔化或直接汽化来逐层移走材料。因此激光加工既可以加工导电材料也可以加工不导电材料，特别适合加工陶瓷、玻璃、金刚石、碳化硅、蓝宝石等超硬材料。由于单束激光经单个透镜或物镜聚焦后的光斑大小一般是在微米量级，使得利用单束激光直接加工纳米孔受到限制。目前常用的解决方法有三种：一是利用多光束激光干涉技术加工纳米孔阵列[27]；二是利用超快贝塞尔无衍射光束加工纳米孔[28]；三是利用纳米探针、纳米小球将光束聚焦到纳米尺寸再进行纳米孔加工[29]。1.2.4.1激光干涉刻蚀技术利用多光束激光干涉刻蚀技术可以获得纳米孔阵列。沈少鑫等[30]利用自制的全息光学元件（HolographicOpticalElement,HOE）及多束光干涉相位调制技术在玻璃衬底表面的光刻胶上制备了大面积的三维光子晶体孔洞阵列结构（图1.4所示），通过调制四束干涉光间的相对相位信息可以对周期性纳米孔阵列的形貌及孔间距进行调制，并实现在不降低激发光波长的条件下，有效降低了纳米孔阵列周期（最高可实现周期减半）。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3217727