功能微結(jié)構(gòu)是指在零件表面制造納米至微米尺度的微細(xì)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)諸如疏水、減阻、光學(xué)減反射等特定功能,提高零件或器件的使用性能。功能微結(jié)構(gòu)廣泛存在與自然界中,如荷葉表面的微納結(jié)構(gòu)具有良好的疏水性能,可以實(shí)現(xiàn)荷葉表面的自清潔,鯊魚皮表面的微納結(jié)構(gòu)具有良好減阻效果,使鯊魚在水中活動更加節(jié)省能量。近些年來,人類不斷認(rèn)知和學(xué)習(xí)自然界的生物表面功能微結(jié)構(gòu),研究在零件表面上設(shè)計(jì)并制備出各類功能微結(jié)構(gòu),以期調(diào)控其光學(xué)、潤滑以及摩擦等特性,提高零件和器件的使用性能,這一領(lǐng)域是目前學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)之一。本文以提高硅半導(dǎo)體材料表面減反射特性為目的,開展了不同功能微結(jié)構(gòu)對表面光學(xué)減反射特性研究,探索了單晶硅表面功能微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其制備工藝方法,并對制備樣品的減反射特性進(jìn)行了評價(jià)。首先,在大量調(diào)研的基礎(chǔ)上,分析了功能微結(jié)構(gòu)在太陽能電池、光電探測、自清潔等領(lǐng)域的應(yīng)用需求,總結(jié)了目前單晶硅表面功能微結(jié)構(gòu)的主要制備方法,在此基礎(chǔ)上,分析了目前研究中存在的主要問題。其次,基于時(shí)域有限差分方法(FDTD)開展了單晶硅表面功能微結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的有限元仿真研究,分析揭示了單晶硅表面功能微結(jié)構(gòu)減少光反射的作用機(jī)理。針對金字塔、圓錐... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 硅表面微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
        1.2.1 光電探測器
        1.2.2 太陽能電池
        1.2.3 疏水表面
        1.2.4 基底模板
    1.3 硅表面微結(jié)構(gòu)的主要制備方法
        1.3.1 濕法刻蝕
        1.3.2 反應(yīng)離子刻蝕
        1.3.3 飛秒激光燒蝕
        1.3.4 電化學(xué)腐蝕
        1.3.5 機(jī)械加工方式
    1.4 本文的研究意義和主要研究內(nèi)容
第二章 減反微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真分析
    2.1 引言
    2.2 微結(jié)構(gòu)減反射機(jī)理分析
        2.2.1 吸收面積增加
        2.2.2 多次反射
        2.2.3 折射率漸變
    2.3 有限元仿真基本原理
    2.4 有限元仿真流程
    2.5 仿真結(jié)果與分析
        2.5.1 金字塔結(jié)構(gòu)
        2.5.2 圓錐結(jié)構(gòu)
        2.5.3 拋物錐結(jié)構(gòu)
        2.5.4 球型結(jié)構(gòu)
        2.5.5 V型槽結(jié)構(gòu)
        2.5.6 不同結(jié)構(gòu)的對比
        2.5.7 微結(jié)構(gòu)的角度效應(yīng)
        2.5.8 原因分析
    2.6 本章小結(jié)
第三章 減反微結(jié)構(gòu)制備與性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
        3.2.1 加工設(shè)備及工裝
        3.2.2 測試儀器
        3.2.3 加工方法
    3.3 切削參數(shù)對表面質(zhì)量的影響規(guī)律
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
        3.4.1 小尺寸微結(jié)構(gòu)
            3.4.1.1 形貌測試
            3.4.1.2 光學(xué)特性表征
        3.4.2 大尺寸微結(jié)構(gòu)
            3.4.2.1 形貌測試
            3.4.2.2 光學(xué)特性表征
    3.5 本章小結(jié)
第四章 減反微納雙重結(jié)構(gòu)制備與性能研究
    4.1 引言
    4.2 表面納米結(jié)構(gòu)制備
        4.2.1 基本原理
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        4.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
            4.2.3.1 形貌測試
            4.2.3.2 光學(xué)特性表征
    4.3 微納雙重結(jié)構(gòu)制備方法
        4.3.1 基本原理
        4.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
        4.3.3 表征測試
            4.3.3.1 形貌測試
            4.3.3.2 光學(xué)特性表征
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 后續(xù)工作及展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微結(jié)構(gòu)功能表面的應(yīng)用及制造[J]. 楊輝,張彬,張利鵬.  航空精密制造技術(shù). 2015(05)
[2]微槽結(jié)構(gòu)單點(diǎn)金剛石飛切加工的切削力建模[J]. 劉勇,尹自強(qiáng),李圣怡,關(guān)朝亮.  國防科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2014(02)
[3]飛秒激光與準(zhǔn)分子激光制作碲摻雜硅探測器[J]. 王熙元,黃永光,劉德偉,朱小寧,王寶軍,朱洪亮.  中國激光. 2013(03)
[4]基于模型復(fù)制法的金剛石微結(jié)構(gòu)制備研究[J]. 袁佳晶,盧文壯,王紅軍,徐鋒,左敦穩(wěn).  人工晶體學(xué)報(bào). 2010(05)
[5]CVD金剛石膜新興研究方向及市場現(xiàn)狀與趨勢[J]. 呂反修.  金屬熱處理. 2008(11)
[6]太陽能利用前景廣闊[J]. 黃飛.  農(nóng)村能源. 2002(02)

博士論文
[1]飛秒激光固體材料表面微納結(jié)構(gòu)制備及其功能特性的研究[D]. 陶海巖.長春理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]基于FDTD的單晶硅表面微結(jié)構(gòu)反射特性的研究[D]. 黃鑫.南京航空航天大學(xué) 2017
[2]雙槽電化學(xué)腐蝕制備多孔硅及其發(fā)光性能研究[D]. 明奇.鄭州大學(xué) 2010



本文編號：2903787