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

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【摘要】：作為一種重要的半導(dǎo)體材料,硅具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機械性能優(yōu)良、易于生長等優(yōu)點。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。對所制備不同樣品的反射率測試,驗證了此方法通過可控制備單晶硅表面亞微米結(jié)構(gòu)陣列可以實現(xiàn)對其表面光學(xué)性能的調(diào)控。分別采用248 nm波長準(zhǔn)分子激光、355 nm波長皮秒激光對覆蓋有不同直徑微球的單晶硅表面進行輻照或掃描加工,分別獲得亞微米級丘-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))對表面陣列進行處理,綜合發(fā)揮了介電微球輔助激光近場輻照和晶硅化學(xué)各向異性刻蝕的優(yōu)勢,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)和刻蝕時間對微結(jié)構(gòu)成型的影響;采用時域有限差分(FDTD)模擬分析方法,對結(jié)構(gòu)的成型機理進行了探究;對樣品的反射率進行了測試,驗證了該方法對結(jié)構(gòu)功能性的調(diào)控作用。對皮秒激光制備出的樣品進一步進行了SERS襯底制備的研究,探究了結(jié)構(gòu)分布和形貌對其SERS性能的影響,結(jié)合FDTD模擬對其SERS機理進行了分析。結(jié)合文獻調(diào)研和實驗結(jié)果,本文獲得了三點有價值的研究成果: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狀周期性陣列,通過對微球直徑,激光工藝參數(shù)(能量密度或功率)和刻蝕時間的控制,實現(xiàn)了對微結(jié)構(gòu)形貌和分布的高度調(diào)控。2、結(jié)合實驗結(jié)果和FDTD模擬,分別對微球輔助激光加工以及化學(xué)刻蝕成型過程進行了解釋,為激光-化學(xué)復(fù)合法制備晶硅表面微結(jié)構(gòu)的機理研究提供了科學(xué)性參考。3、測試了樣品反射率以及制備了單晶硅SERS襯底,驗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,通過對微球直徑,激光工藝參數(shù)(能量密度或功率)和刻蝕時間的控制,可以實現(xiàn)對其功能性的調(diào)控。本方法加工環(huán)境開放,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.12
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本文編號：1284871