超短激光脈沖微構造硅表面.pdf

1、在一定氣體氛圍下，用超短激光脈沖照射硅片表面，在硅表面產生準規(guī)則排列的微米量級錐形尖峰結構。經過表面微構造的硅材料，光吸收效率顯著提高，尤其在紅外波段。對這一現象的研究，不僅是研究光與物質作用的基本課題，也具有潛在的應用價值。我們建立了超短激光脈沖微構造硅表面的實驗裝置，對硅表面微結構的形成及其光吸收性質進行了系統(tǒng)的研究。 研究了激光參數和氣體條件對表面微結構的影響。結果表明，背景氣體和激光通量對表面微觀結構的形成起著決定性的作

2、用。只有在SF6氣體氛圍下，才能形成尖銳的錐形尖峰結構。尖峰的高度和間距隨著激光通量的增加而增大。 利用皮秒激光脈沖，也可在硅表面構造出尖峰結構。但不同脈沖寬度的激光與硅表面相互作用的物理機制并不相同，研究了在SF6氣體氛圍下，皮秒和飛秒激光脈沖作用下硅表面微結構的演化過程，在皮秒激光脈沖作用下，尖峰結構形成之前硅片表面先熔化；而飛秒激光脈沖作用下尖峰的演化過程中始終沒有出現液相，表明激光脈沖寬度在表面微構造的形成起著相當重要的

3、作用。 硅表面尖峰結構的形貌與入射激光的偏振方向密切相關。當用圓偏振激光照射，形成的是對稱的錐形尖峰結構；線偏振光形成的尖峰形狀是扁錐形，且扁錐的長軸總是垂直于入射激光的偏振方向。應用Fresnel—refraction理論定性解釋了這種非對稱尖峰結構的形成機理。 二次離子質譜（SlMS）和透射電子顯微鏡（TEM）對SF6氛圍下制備的表面微構造硅的成份與結構測定的結果表明：微構造的硅材料表面含有大量的S和F元素，結構上為

4、含有大量缺陷的晶體。同時表明表面微構造硅材料的形成是激光輔助化學刻蝕的過程。 我們研究了不同激光通量，SF6和N2氛圍條件下制備的表面微結構硅材料的光吸收性質，結果表明表面微構造硅材料在0．3—16．7微米波長范圍內的光吸收率顯著提高。SF6氛圍下制備的表面微結構硅材料的光吸收率在整個測量波段范圍內可保持在80％以上；N2氛圍下制備的表面微結構硅材料在0．3—1．1微米和9—14微米波段的光吸收率可保持在80％以上，但在2—7微