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本论文采用飞秒激光诱导和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术,制备了尖峰状和纳米草状的准周期表面结构,研究了不同参数下表面微结构的形貌变化和抗反射机制,并探索了对微结构硅表面抗反射性能的优化,取得了一些有意义的结果:
(1)激光能量密度和脉冲数决定了尖峰结构的尺寸与间距,飞秒激光制备微结构硅的最佳参数为激光能量密度2.6J/cm2,扫描速度2mm/s。
(2)尖峰结构形成的是由于高能激光脉冲使硅表面产生消融效应,SF6在激光辐照下与硅发生化学反应,反应产物的沉积再结晶。
(3)形貌良好的微结构硅表面的反射光强比单晶硅降低了近90%,通过镀AZO减反射膜能够进一步提高其在可见光波段的抗反射性能。
(4)尖峰结构的高效抗反射性是由于入射光在结构中的多次反射,AZO薄膜的减反增透效果、表面粗糙度增加和纳米颗粒的形成是镀减反膜后微结构硅表面抗反射性能提高的主要原因。
(5)ICP刻蚀参数对纳米草结构的形成有很大影响。RF1/RF2电源功率范围在300~400W,SF6/O2气流比为3~4,工作气压2~5Pa,刻蚀时间在600s时能够得到形貌良好的珊瑚草形微纳结构。
(6)纳米草结构的形成是由于在SF6/O2刻蚀体系中刻蚀作用与钝化作用的相互竞争,钝化物随机沉积,造成了局部刻蚀速率差。
(7)珊瑚草形微结构硅表面在400~1000nm波段的平均反射率低于15%,在500nm波段附近降至最低。微结构的高度越大,占空比越大,其抗反射性能越好。