本文關(guān)鍵詞：介電微球誘導(dǎo)激光—化學(xué)復(fù)合法制備單晶硅表面功能性微結(jié)構(gòu)的研究

  更多相關(guān)文章： 單晶硅 準(zhǔn)分子激光 皮秒激光 功能性微結(jié)構(gòu)

【摘要】：作為一種重要的半導(dǎo)體材料,硅具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、熱性能與機(jī)械性能優(yōu)良、易于生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。目前,硅材料仍是電子信息產(chǎn)業(yè)最主要的基礎(chǔ)材料。硅材料表面功能性微結(jié)構(gòu)的制備可以改善其光、電、磁學(xué)性質(zhì)。因此,發(fā)現(xiàn)并利用硅材料的一些獨(dú)特性質(zhì)具有重要意義。本文提出了基于微球輔助激光—化學(xué)復(fù)合加工方法,在單晶硅表面制備了具有較好周期性和均一性的微結(jié)構(gòu)陣列。對(duì)所制備不同樣品的反射率測(cè)試,驗(yàn)證了此方法通過(guò)可控制備單晶硅表面亞微米結(jié)構(gòu)陣列可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其表面光學(xué)性能的調(diào)控。分別采用248 nm波長(zhǎng)準(zhǔn)分子激光、355 nm波長(zhǎng)皮秒激光對(duì)覆蓋有不同直徑微球的單晶硅表面進(jìn)行輻照或掃描加工,分別獲得亞微米級(jí)丘-環(huán)狀結(jié)構(gòu)陣列(準(zhǔn)分子激光)和孔-環(huán)狀結(jié)構(gòu)陣列(皮秒激光),之后經(jīng)快速化學(xué)刻蝕(30 s以內(nèi))對(duì)表面陣列進(jìn)行處理,綜合發(fā)揮了介電微球輔助激光近場(chǎng)輻照和晶硅化學(xué)各向異性刻蝕的優(yōu)勢(shì),制備了具有功能性的單晶硅表面微結(jié)構(gòu)陣列;研究了微球直徑,激光工藝參數(shù)(能量密度或功率)和刻蝕時(shí)間對(duì)微結(jié)構(gòu)成型的影響;采用時(shí)域有限差分(FDTD)模擬分析方法,對(duì)結(jié)構(gòu)的成型機(jī)理進(jìn)行了探究;對(duì)樣品的反射率進(jìn)行了測(cè)試,驗(yàn)證了該方法對(duì)結(jié)構(gòu)功能性的調(diào)控作用。對(duì)皮秒激光制備出的樣品進(jìn)一步進(jìn)行了SERS襯底制備的研究,探究了結(jié)構(gòu)分布和形貌對(duì)其SERS性能的影響,結(jié)合FDTD模擬對(duì)其SERS機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文獲得了三點(diǎn)有價(jià)值的研究成果:1、結(jié)合微球輔助激光和晶硅化學(xué)各向異性刻蝕,制備出了周期性和均一性較好的多面錐臺(tái)狀周期性陣列,通過(guò)對(duì)微球直徑,激光工藝參數(shù)(能量密度或功率)和刻蝕時(shí)間的控制,實(shí)現(xiàn)了對(duì)微結(jié)構(gòu)形貌和分布的高度調(diào)控。2、結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和FDTD模擬,分別對(duì)微球輔助激光加工以及化學(xué)刻蝕成型過(guò)程進(jìn)行了解釋,為激光-化學(xué)復(fù)合法制備晶硅表面微結(jié)構(gòu)的機(jī)理研究提供了科學(xué)性參考。3、測(cè)試了樣品反射率以及制備了單晶硅SERS襯底,驗(yàn)證了該方法制備的微結(jié)構(gòu)陣列具有較好的功能性。同時(shí),通過(guò)對(duì)微球直徑,激光工藝參數(shù)(能量密度或功率)和刻蝕時(shí)間的控制,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其功能性的調(diào)控。本方法加工環(huán)境開(kāi)放,制備成本低,工藝可控性較高,為激光復(fù)合化學(xué)法制備單晶硅表面功能性微結(jié)構(gòu)的制備提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN304.12
，

本文編號(hào)：1284871