单晶硅表面减反射微结构设计与成型技术研究
发布时间:2020-12-07 19:33
功能微结构是指在零件表面制造纳米至微米尺度的微细结构,实现诸如疏水、减阻、光学减反射等特定功能,提高零件或器件的使用性能。功能微结构广泛存在与自然界中,如荷叶表面的微纳结构具有良好的疏水性能,可以实现荷叶表面的自清洁,鲨鱼皮表面的微纳结构具有良好减阻效果,使鲨鱼在水中活动更加节省能量。近些年来,人类不断认知和学习自然界的生物表面功能微结构,研究在零件表面上设计并制备出各类功能微结构,以期调控其光学、润滑以及摩擦等特性,提高零件和器件的使用性能,这一领域是目前学术界研究热点之一。本文以提高硅半导体材料表面减反射特性为目的,开展了不同功能微结构对表面光学减反射特性研究,探索了单晶硅表面功能微结构的优化设计及其制备工艺方法,并对制备样品的减反射特性进行了评价。首先,在大量调研的基础上,分析了功能微结构在太阳能电池、光电探测、自清洁等领域的应用需求,总结了目前单晶硅表面功能微结构的主要制备方法,在此基础上,分析了目前研究中存在的主要问题。其次,基于时域有限差分方法(FDTD)开展了单晶硅表面功能微结构光学特性的有限元仿真研究,分析揭示了单晶硅表面功能微结构减少光反射的作用机理。针对金字塔、圆锥...
【文章来源】:中国工程物理研究院北京市
【文章页数】:69 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 硅表面微结构的应用
1.2.1 光电探测器
1.2.2 太阳能电池
1.2.3 疏水表面
1.2.4 基底模板
1.3 硅表面微结构的主要制备方法
1.3.1 湿法刻蚀
1.3.2 反应离子刻蚀
1.3.3 飞秒激光烧蚀
1.3.4 电化学腐蚀
1.3.5 机械加工方式
1.4 本文的研究意义和主要研究内容
第二章 减反微结构的优化设计与仿真分析
2.1 引言
2.2 微结构减反射机理分析
2.2.1 吸收面积增加
2.2.2 多次反射
2.2.3 折射率渐变
2.3 有限元仿真基本原理
2.4 有限元仿真流程
2.5 仿真结果与分析
2.5.1 金字塔结构
2.5.2 圆锥结构
2.5.3 抛物锥结构
2.5.4 球型结构
2.5.5 V型槽结构
2.5.6 不同结构的对比
2.5.7 微结构的角度效应
2.5.8 原因分析
2.6 本章小结
第三章 减反微结构制备与性能研究
3.1 引言
3.2 实验方案设计
3.2.1 加工设备及工装
3.2.2 测试仪器
3.2.3 加工方法
3.3 切削参数对表面质量的影响规律
3.4 实验结果与分析
3.4.1 小尺寸微结构
3.4.1.1 形貌测试
3.4.1.2 光学特性表征
3.4.2 大尺寸微结构
3.4.2.1 形貌测试
3.4.2.2 光学特性表征
3.5 本章小结
第四章 减反微纳双重结构制备与性能研究
4.1 引言
4.2 表面纳米结构制备
4.2.1 基本原理
4.2.2 实验设计
4.2.3 实验结果与分析
4.2.3.1 形貌测试
4.2.3.2 光学特性表征
4.3 微纳双重结构制备方法
4.3.1 基本原理
4.3.2 实验设计
4.3.3 表征测试
4.3.3.1 形貌测试
4.3.3.2 光学特性表征
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 工作总结
5.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】:
期刊论文
[1]微结构功能表面的应用及制造[J]. 杨辉,张彬,张利鹏. 航空精密制造技术. 2015(05)
[2]微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模[J]. 刘勇,尹自强,李圣怡,关朝亮. 国防科技大学学报. 2014(02)
[3]飞秒激光与准分子激光制作碲掺杂硅探测器[J]. 王熙元,黄永光,刘德伟,朱小宁,王宝军,朱洪亮. 中国激光. 2013(03)
[4]基于模型复制法的金刚石微结构制备研究[J]. 袁佳晶,卢文壮,王红军,徐锋,左敦稳. 人工晶体学报. 2010(05)
[5]CVD金刚石膜新兴研究方向及市场现状与趋势[J]. 吕反修. 金属热处理. 2008(11)
[6]太阳能利用前景广阔[J]. 黄飞. 农村能源. 2002(02)
博士论文
[1]飞秒激光固体材料表面微纳结构制备及其功能特性的研究[D]. 陶海岩.长春理工大学 2014
硕士论文
[1]基于FDTD的单晶硅表面微结构反射特性的研究[D]. 黄鑫.南京航空航天大学 2017
[2]双槽电化学腐蚀制备多孔硅及其发光性能研究[D]. 明奇.郑州大学 2010
本文编号:2903787
【文章来源】:中国工程物理研究院北京市
【文章页数】:69 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 硅表面微结构的应用
1.2.1 光电探测器
1.2.2 太阳能电池
1.2.3 疏水表面
1.2.4 基底模板
1.3 硅表面微结构的主要制备方法
1.3.1 湿法刻蚀
1.3.2 反应离子刻蚀
1.3.3 飞秒激光烧蚀
1.3.4 电化学腐蚀
1.3.5 机械加工方式
1.4 本文的研究意义和主要研究内容
第二章 减反微结构的优化设计与仿真分析
2.1 引言
2.2 微结构减反射机理分析
2.2.1 吸收面积增加
2.2.2 多次反射
2.2.3 折射率渐变
2.3 有限元仿真基本原理
2.4 有限元仿真流程
2.5 仿真结果与分析
2.5.1 金字塔结构
2.5.2 圆锥结构
2.5.3 抛物锥结构
2.5.4 球型结构
2.5.5 V型槽结构
2.5.6 不同结构的对比
2.5.7 微结构的角度效应
2.5.8 原因分析
2.6 本章小结
第三章 减反微结构制备与性能研究
3.1 引言
3.2 实验方案设计
3.2.1 加工设备及工装
3.2.2 测试仪器
3.2.3 加工方法
3.3 切削参数对表面质量的影响规律
3.4 实验结果与分析
3.4.1 小尺寸微结构
3.4.1.1 形貌测试
3.4.1.2 光学特性表征
3.4.2 大尺寸微结构
3.4.2.1 形貌测试
3.4.2.2 光学特性表征
3.5 本章小结
第四章 减反微纳双重结构制备与性能研究
4.1 引言
4.2 表面纳米结构制备
4.2.1 基本原理
4.2.2 实验设计
4.2.3 实验结果与分析
4.2.3.1 形貌测试
4.2.3.2 光学特性表征
4.3 微纳双重结构制备方法
4.3.1 基本原理
4.3.2 实验设计
4.3.3 表征测试
4.3.3.1 形貌测试
4.3.3.2 光学特性表征
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 工作总结
5.2 后续工作及展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】:
期刊论文
[1]微结构功能表面的应用及制造[J]. 杨辉,张彬,张利鹏. 航空精密制造技术. 2015(05)
[2]微槽结构单点金刚石飞切加工的切削力建模[J]. 刘勇,尹自强,李圣怡,关朝亮. 国防科技大学学报. 2014(02)
[3]飞秒激光与准分子激光制作碲掺杂硅探测器[J]. 王熙元,黄永光,刘德伟,朱小宁,王宝军,朱洪亮. 中国激光. 2013(03)
[4]基于模型复制法的金刚石微结构制备研究[J]. 袁佳晶,卢文壮,王红军,徐锋,左敦稳. 人工晶体学报. 2010(05)
[5]CVD金刚石膜新兴研究方向及市场现状与趋势[J]. 吕反修. 金属热处理. 2008(11)
[6]太阳能利用前景广阔[J]. 黄飞. 农村能源. 2002(02)
博士论文
[1]飞秒激光固体材料表面微纳结构制备及其功能特性的研究[D]. 陶海岩.长春理工大学 2014
硕士论文
[1]基于FDTD的单晶硅表面微结构反射特性的研究[D]. 黄鑫.南京航空航天大学 2017
[2]双槽电化学腐蚀制备多孔硅及其发光性能研究[D]. 明奇.郑州大学 2010
本文编号:2903787
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