飛秒激光微構造硅光學性質(zhì)研究及實驗裝置.pdf

1、飛秒激光在一定氣體環(huán)境下照射硅片可在硅表面激光輻照區(qū)產(chǎn)生微米量級的尖峰結構。經(jīng)過表面微構造后的硅材料光吸收比有了大幅度提升。該現(xiàn)象不僅有助于深入研究飛秒激光與固體材料的相互作用，而且具備較大的工程應用價值。為此，建立了飛秒激光微構造硅的多套實驗裝置，對微構造硅的光學性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。
　　 論文研究了微構造硅的光吸收特性。結果表明，在六氟化硫氣體氛圍中的微構造硅在0.3μm-200μm波段范圍內(nèi)對入射光輻射均具有較強吸收。在紫

2、外可見近紅外(0.3μm-2.5μm)波段，平均吸收比高于90％；在中紅外(2.5μm-20μm)波段，平均吸收比高于80％；在遠紅外(20μm-200μm)波段，吸收比曲線不再平坦，隨著波長的增加快速降低，最低吸收比仍高達20％，為平整硅吸收比的數(shù)倍。研究還表明，隨著微構造硅尖峰高度的增加，微構造硅吸收比增強。
　　 微構造硅反射光空間分布實驗表明，微構造硅存在逆反射特性。該實驗同時還表明，微構造硅表面波即使存在，其能量所占比

3、例亦不超過總反射信號的1％。
　　 在微構造硅法向光譜發(fā)射率特性研究中，實驗結果表明，微構造硅有著極高的法向光譜發(fā)射率，接近于理想黑體。在中紅外波段范圍內(nèi)，法向光譜發(fā)射率隨著尖峰高度的增加而增加，隨著溫度的升高而升高。
　　 利用TRACEPRO軟件對微結構純硅的仿真分析中發(fā)現(xiàn)，表面微結構和硅的高折射率是高吸收比的兩大主要原因。仿真得到的透射比曲線和實際吻合；反射，吸收曲線變化趨勢和實際基本吻合，但均有10％左右的偏離。

4、這表明，對微構造硅而言，結構對吸收的確起到了很大的作用，但遠非全部。
　　 不同尺度的純微結構金和硅的仿真結果表明，材料微結構與材料吸收的關系較為復雜。平板材料吸收比越高，隨著尖峰高度的增加，吸收比變化速度越快。在趨勢上，隨著尖峰高度的增加，系統(tǒng)吸收比雖然增加，但在某些局部，吸收比會出現(xiàn)較大幅度的震蕩。
　　 這些極好的光學特性使微構造硅在高效太陽能電池，寬波段探測器，太赫茲，黑體輻射等領域具有巨大的潛在應用前景。