微构造硅表面金属薄膜的光吸收性质研究

论文摘要

在一定气体氛围内用超短激光脉冲照射硅表面,可在硅表面产生准规则排列的微米量级尖峰结构,形成具有强吸收的表面微构造硅。研究表明用飞秒激光脉冲刻蚀硅表面所形成的微结构与激光脉冲数、通量、偏振特性,背景气体种类、气压等有关,从而获得了控制表面形态的基本实验参数和规律。观察了不同背景气体环境下刻蚀过程中产生的等离子图谱,发现等离子光谱依赖于刻蚀过程中的背景气体种类和气压,在SF6背景气体中得到的等离子谱最强,并且开始时其强度随着气压的增加而增加,直到70 kPa时达到最强,然后随压强的增加而减弱。同时,等离子光谱的信号提供了刻蚀反应的信息,通过对光谱的分析,探讨了不同背景气体条件对刻蚀过程以及硅表面微结构的影响,得到了最佳的刻蚀背景气体条件。研究了微构造硅及其表面金属薄膜的从近紫外到中红外（0.3-16.7μm）的吸收特性,实验表明其具有宽波段的增强光吸收,对背景气体、表面形貌和薄膜厚度对光吸收的影响进行了探讨。在SF6和N2中制备的微构造硅表面形貌有很大差异,其光吸收性质也不同;而且表面尖峰高度和密度不同的样品其吸收也不相同,表明微构造硅的表面形貌对光吸收性质起着重要作用。对于经过镀银膜的表面微构造硅,其吸收率也随表面尖峰高度的密度变化而变化;并且吸收率随膜厚增加而减小。微构造硅这种0.3-16.7μm宽波段的强光吸收使其在红外探测器、隐身技术、高效太阳能电池等方面有很大的潜在价值。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 微构造硅基底简介
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 表面微构造硅
• 1.2 金属微结构影响光学性质
• 1.3 本论文主要内容及安排
• 第二章 硅表面微结构的获得
• 2.1 引言
• 2.2 实验装置
• 2.3 硅表面飞秒激光微构造
• 2.3.1 实验样品准备
• 2.3.2 实验光路调节
• 2.3.3 实验步骤
• 2.3.4 激光光斑大小确定
• 2.4 硅表面微结构的控制
• 2.4.1 激光通量的影响
• 2.4.2 激光偏振特性的影响
• 2.4.3 不同背景气体的影响
• 2.4.4 其他影响因素
• 2.4.4.1 样品性质
• 2.4.4.2 激光脉宽的影响
• 2.4.4.3 激光重复频率
• 2.4.4.4 激光入射方向
• 2.5 等离子发射光谱
• 2.5.1 实验装置
• 2.5.2 实验结果
• 2.5.3 讨论与分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 表面微构造硅的光吸收性质
• 3.1 引言
• 3.2 表面微构造硅的光吸收性质
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 光吸收测量结果
• 3.2.2.1 近紫外至近红外波段的光吸收
• 3.2.2.2 红外波段的光吸收
• 3.2.3 微结构尺度对光学性质的影响
• 3.2.4 刻蚀过程中环境气体的影响
• 3.3 吸收机理的讨论
• 3.4 潜在应用
• 3.5 本章小结
• 第四章 微构造硅表面金属薄膜的光吸收性质
• 4.1 引言
• 4.2 微构造硅表面金属薄膜的制备
• 4.3 微构造硅表面金属薄膜的光吸收性质
• 4.3.1 光吸收测量结果
• 4.3.2 金属薄膜微结构尺度的影响
• 4.3.3 金属薄膜膜厚的影响
• 4.3.4 其他因素的影响
• 4.4 吸收机理的讨论
• 4.5 潜在应用
• 4.6 进一步工作
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 工作总结
• 发表论文
• 致谢