飞秒激光硅、铝掺杂氧化锌表面微纳结构制备及其性能的研究

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1、学号12101203常州大学硕士学位论文飞秒激光硅、铝掺杂氧化锌表面微纳结构制备及其性能的研究研究生董超指导教师丁建宁教授学科、专业名称材料物理与化学研究方向新能源材料与器件2015年4月FabricationandPropertiesResearchesofFemtosecondLaserInducedNano/MicroStructuresonSiandAl:ZnOSurfacesADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByDongChaoMaterialsPhysicsandChemistryDissertationSupervisor:P

2、rof.DingJian-ningApril，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被

3、查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要飞秒激光加工技术作为一种灵活、简单以及可控的材料表面微结构制备技术，可以在金属、半导体、聚合物、甚至是透明材料表面制备微米、纳米尺度的表面结构，显著提高金属、半导体材料表面的光学性能。本论文采用中心波长800nm、脉冲宽度35fs的飞秒激光对Si、铝掺杂氧化锌(AZO)表面进行辐照，利用光学显微镜、场发射

4、电子显微镜、原子力显微镜等表征手段对形成的表面微结构进行了测试，研究飞秒激光参数及外界环境对表面微结构形成的影响。主要的内容和结果如下：(1)实现了在不同环境中硅表面周期结构的制备。利用不同参数的飞秒激光对处于空气、水中的硅表面和光学玻璃、AZO薄膜覆盖的硅表面2进行逐行扫描，结果显示：在空气环境中，570mJ/cm能量密度的飞秒激光照射可以在硅表面制备出周期为680nm、深度为300nm的激光诱导2周期性表面结构(LIPSS)；水和光学玻璃覆盖环境下，410mJ/cm能量密度的飞秒激光制备出的LIPSS周期和深度分别为650nm、320nm；AZO2薄膜覆盖下，300mJ/cm能量密度的飞

5、秒激光制备出了周期为580nm的硅表面结构。(2)在空气环境中利用飞秒激光直写制备了硅表面陷光结构。随着飞秒激光脉冲功率的增大，黑硅表面锥状结构高度和底部直径增加，并且在锥状结构表面附着了纳米絮状结构产生；反射率在300nm-1100nm波段降低到了5%左右；硅表面的润湿性从未处理时的亲水性转变为激光处理后的疏水性。(3)飞秒激光的能量密度对AZO表面微结构的形成至关重要。首先采用原子层沉积的方法，在抛光硅表面沉积240nm厚度的AZO，然后利用飞秒激光照射样品表面，研究不同参数的飞秒激光对AZO表面微结构形成的影响。当飞秒激光脉冲功率在5mW时，可在AZO表面制备出“森林”状的表面结构；而

6、当激光脉冲功率为10mW时，飞秒激光作用生成的表面结构深度与基面相比超出了AZO薄膜自身的厚度，高能量脉冲的累积会将AZO完全烧蚀掉。使用脉冲功率为2mW的飞秒激光在AZO表面制备出了周期为560nm的表面结构，该表面在300nm-1100nm波段反射率从8%降低到了4%。关键词：飞秒激光；半导体材料；微纳结构；光学性能；润湿性能ABSTRACTOverthepastdecadesyears,femtosecondlasersurfaceprocessinghasbecomeoneofthebestwaystocreatesurfacestructuresatnano-andmicro-sc

7、alesonmetals,semiconductors,polymersandtransparentmaterialsduetoitsflexibility,simplicity,andcontrollabilityincreatingvarioustypesofnano/microstructures.Significantadvancementsaremadeinapplyingthistechnique