介电微球诱导激光—化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究

发布时间：2017-12-13 11:01

  本文关键词：介电微球诱导激光—化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究

  更多相关文章： 单晶硅 准分子激光 皮秒激光 功能性微结构

【摘要】：作为一种重要的半导体材料,硅具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长等优点。目前,硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料。硅材料表面功能性微结构的制备可以改善其光、电、磁学性质。因此,发现并利用硅材料的一些独特性质具有重要意义。本文提出了基于微球辅助激光—化学复合加工方法,在单晶硅表面制备了具有较好周期性和均一性的微结构阵列。对所制备不同样品的反射率测试,验证了此方法通过可控制备单晶硅表面亚微米结构阵列可以实现对其表面光学性能的调控。分别采用248 nm波长准分子激光、355 nm波长皮秒激光对覆盖有不同直径微球的单晶硅表面进行辐照或扫描加工,分别获得亚微米级丘-环状结构阵列(准分子激光)和孔-环状结构阵列(皮秒激光),之后经快速化学刻蚀(30 s以内)对表面阵列进行处理,综合发挥了介电微球辅助激光近场辐照和晶硅化学各向异性刻蚀的优势,制备了具有功能性的单晶硅表面微结构阵列;研究了微球直径,激光工艺参数(能量密度或功率)和刻蚀时间对微结构成型的影响;采用时域有限差分(FDTD)模拟分析方法,对结构的成型机理进行了探究;对样品的反射率进行了测试,验证了该方法对结构功能性的调控作用。对皮秒激光制备出的样品进一步进行了SERS衬底制备的研究,探究了结构分布和形貌对其SERS性能的影响,结合FDTD模拟对其SERS机理进行了分析。结合文献调研和实验结果,本文获得了三点有价值的研究成果:1、结合微球辅助激光和晶硅化学各向异性刻蚀,制备出了周期性和均一性较好的多面锥台状周期性阵列,通过对微球直径,激光工艺参数(能量密度或功率)和刻蚀时间的控制,实现了对微结构形貌和分布的高度调控。2、结合实验结果和FDTD模拟,分别对微球辅助激光加工以及化学刻蚀成型过程进行了解释,为激光-化学复合法制备晶硅表面微结构的机理研究提供了科学性参考。3、测试了样品反射率以及制备了单晶硅SERS衬底,验证了该方法制备的微结构阵列具有较好的功能性。同时,通过对微球直径,激光工艺参数(能量密度或功率)和刻蚀时间的控制,可以实现对其功能性的调控。本方法加工环境开放,制备成本低,工艺可控性较高,为激光复合化学法制备单晶硅表面功能性微结构的制备提供了新思路。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.12
，

本文编号：1284871