飞秒激光制备单晶硅表面微结构研究

【摘要】在材料表面制作微结构有许多应用,比如改变材料的颜色、改变材料的疏水特性、改变材料的粗糙程度,但对于单晶硅而言最为重要的应用是改变材料的光学特性。本文总结了能够在材料表面形成微结构的方法,详细介绍了利用超短脉冲激光制备单晶硅表面微纳结构的过程和机理,并对飞秒激光烧蚀单晶硅表面微结构的过程进行了进一步的实验研究。利用飞秒脉冲激光照射单晶硅表面,达到一定阈值后,在其辐射区域会自发形成微纳结构；这种微结构一方面导致硅表面受光面积增大,另一方面使得入射光在相邻结构的侧壁间多次反射,形成所谓的“陷光效应”,促进材料对入射光的吸收或透射；另外微结构的形成使空气与材料基底交界面处的折射率突变转化为折射率渐变,从而降低了反射率。本文对飞秒激光烧蚀形成单晶硅表面微纳结构的过程进行了详细的研究,重点研究了脉冲个数、扫描速度以及偏振方向等激光参数对微结构的形成过程的影响,以及不同激光参数下硅表面形貌的变化规律,并在特定参数下形成了多孔硅微结构。针对传统激光加工方式形成的表面微结构分布杂乱、可控性差等缺点,为了得到分布规则均匀,周期可控的硅表面微结构,我们提出了利用多光束干涉的办法对辐射激光的场分布进行调制,从而实现对微结构的特征的控制。利用纯相位空间光调制器对飞秒激光的空间相位进行调制,从而实现了多光束干涉,得到了分布特征和周期都可控的空间二维点阵。利用聚焦的空间点阵在单晶硅表面烧蚀得到规则分布的凹坑状结构,并通过改变附加给空间光调制器的相位实现了对微结构分布特征及间距的控制。扫描电子显微镜(SEM)和分光光度计分别对结构的形貌特征和光学特性进行了测量。结果表明：采用底角为2°的四棱锥镜相位形成四光束干涉,并通过10×物镜聚焦,在激光功率25mW,曝光时间30s时,可以形成间距约为3.3μm的密排凹坑微结构；所形成的凹坑结构具有良好的减反效果,对1.2μm-2μm近红外波段的透过率相对抛光硅平均提高了11.5%。最后对所做工作的详细总结,分析了工作中取得的成绩和需要改进之处,并提出了本课题有待于进一步深入研究的问题。
【作者】周强；
【导师】贺锋涛；
【作者基本信息】西安邮电大学，物理电子学，2013，硕士
【关键词】飞秒激光；单晶硅；微结构；空间光调制器；多光束干涉；

【参考文献】
[1]乔雪.中风恢复期中西医结合健康教育路径的研制[D].北京中医药大学,中医护理学,2013,硕士.
[2]房俊卓,李媛媛,徐崇福.ASAP2010表征活性炭样品实验条件研究[J].煤炭转化.2007(03)
[3]王晓娇.小学中高年级语文有效朗读的教学现状及实施策略的案例研究[D].首都师范大学,小学语文,2014,硕士.
[4]杨晓静.大鼠饮食所致高同型半胱氨酸血症与甲状腺功能减退的相关研究[D].山西医科大学,心血管,2003,硕士.
[5]刘春文.花炮行业:安全教育先行[J].花炮科技与市场.2000(03)
[6]潘声东.六安市农村初级中学体育师资现状研究[J].淮南师范学院学报,2014,03:74-78.
[7]木亚萨木·阿斯哈尔.聚乙二醇/月桂酸纤维素酯共聚物相变材料的制备及性能[D].新疆大学,化学工程,2013,硕士.
[8]郑雅梅.FKN/CX3CR1对小细胞肺癌系H446迁移和侵袭能力的影响及其机制初探[D].华中科技大学,肿瘤学,2013,硕士.
[9]董涛.树立共和国新形象—建国初南京市宣传工作研究（1949-1953）[D].南京大学,中国近现代史,2013,硕士.
[10]张暴.TTCN-3适配器库管理系统的设计与实现[D].北方工业大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[11]盛璐璐.和谐社会视野中的我国劳动就业结构性矛盾研究[D].浙江理工大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[12]蒋伟.基于精益会计体系的企业成本管理研究[D].天津理工大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[13]张方.移动通信网络资源配置管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[14]俞红梅,衣宝廉.车用燃料电池现状与电催化[J].中国科学:化学,2012,04:480-494.
[15]陆春霞.农村初中寄宿制学校学生课余生活研究[D].淮北师范大学,教育管理,2014,硕士.
[16]赵雪艳.《近出殷周金文集录》和《二编》春秋战国金文整理与研究[D].苏州大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[17]张小磊.酒精性股骨头坏死的发病特点、中医证候特点及血脂代谢相关性分析[D].北京中医药大学,中医骨伤科学,2014,硕士.
[18]邢洁.查耳酮类衍生物作用机制和代谢性质的理论研究[D].天津医科大学,药理学,2009,硕士.
[19]荣建龙.新疆劳教戒毒局综合业务管理系统设计和实现[D].厦门大学,软件工程,2014,硕士.
[20]史存召,王春恒,肖柏华,张阳,高嵩.基于多尺度图匹配核的场景单字识别方法（英文）[J].自动化学报,2014,04:751-756.
[21]肖庆华,徐卫亚,巫德斌.岩石流变力学试验数据挖掘研究[J].工程地质学报,2004,02:215-220.
[22]朱智敏.中原经济区区域经济差异及协调发展研究[D].重庆工商大学,区域经济学,2014,硕士.
[23]王源.高血压左心室舒张功能不全中医证候特点及中药干预实验研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[24]周忠眉.数据挖掘课程大纲的建设[J].漳州师范学院学报(自然科学版),2005,01:88-90.
[25]徐少群.ASIC3在应激性急性胃粘膜病变中的作用及舒芬太尼预先给药对其的影响[D].南方医科大学,麻醉学,2014,博士.
[26]刘自湖.建设中的石长铁路[J].中国铁路.1994(05)
[27]付淑仪.基于免疫克隆算法的马斯京根洪水演进模型研究[D].华中科技大学,水利水电工程,2013,硕士.
[28]李元.宁夏新能源研究院新能源实验检测中心营销策略研究[D].宁夏大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[29]于吉帅.永磁直线伺服系统电流环优化设计[D].沈阳工业大学,电机与电器,2013,硕士.
[30]陈翰斌.几种有机小分子的电化学检测及应用研究[D].江苏师范大学,2013.
[31]王婷婷.维吾尔族高尿酸血症相关基因的多态性及与环境交互作用研究[D].新疆医科大学,劳动卫生与环境卫生学,2014,博士.
[32]李宁.声音商标注册问题研究[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2014,硕士.
[33]高金荣,顾赛喜,谈立伟,吉祖俊,范大和.石墨烯复合材料在葡萄糖生物传感器中的应用[J].盐城工学院学报(自然科学版),2013,03:76-78.
[34]刘洪涛.CA4D20柴油机燃烧系统关键构件的优化匹配[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[35]门义超.人力资本投资风险的制度分析[D].河北经贸大学,政治经济学,2012,硕士.
[36]桂勋,姚兰,钱清泉.海量COMTRADE数据并行解析算法[J].电力系统自动化,2009,15:62-66.
[37]张雯,易敏,沈志刚,张晓静.石墨烯用于提高材料抗原子氧剥蚀性能[J].北京航空航天大学学报,2014,02:172-176.
[38]王燕红.山区初中青年教师的专业发展研究[D].首都师范大学,教育管理,2013,硕士.
[39]李义唯.论当前中国文化主体性建设[D].华侨大学,哲学,2014,硕士.
[40]胡落.非指导性教学方法在小学语文教学中的运用研究[D].华中师范大学,小学教育,2013,硕士.
[41]李卉.水溶性稀土氟化物纳米晶的制备[D].吉林大学,集成电路工程,2013,硕士.
[42]刘宇光.陕西省碳排放特征与未来减排潜力研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[43]王国猛.情绪自我教育与初中生情绪调节能力的实验研究[D].湖南师范大学,基础心理学,2004,硕士.
[44]应红萌,冯靖祎,郑骏,吕颖莹.输注设备质量控制实践与探讨[J].中国医疗设备,2014,12:66-68.
[45]崔瑜如.高校社会责任评价指标体系研究[D].石家庄经济学院,会计学,2013,硕士.
[46]张强.基于专利计量的专利实施许可实证研究[D].西南政法大学,知识产权法学（专业学位）,2012,硕士.
[47]程兴宏.基于图像离散矩抗几何攻击的零水印算法研究[D].西北大学,电路与系统,2013,硕士.
[48]闫丽梅.系统的脆性理论及其在电力系统中的应用[D].哈尔滨工程大学,2006.
[49]徐楠.惩罚性赔偿制度在我国《食品安全法》中的适用与完善[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[50]东进.铁路填石路堤施工质量控制技术研究[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2013,硕士.