介电微球诱导激光—化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究

《介电微球诱导激光—化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文图书分类号：TN249密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：介电微球诱导激光-化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究论文作者：林真源学科：光学工程指导教师：季凌飞研究员论文提交日期:2016年6月UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN249学号：S201313011密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：介电微球诱导激光-化学复合法制备单晶硅表面功能性微结构的研究英文题目：FUNCTIONALSUB-MICRONSTRUCTURE

2、ARRAYFABRICATEDONSILICONSURFACEBYDIELECTRICMICROSPHEREASSISTEDLASERIRRADIATIONFOLLOWEDBYCHEMICALETCHING论文作者：林真源学科专业：光学工程研究方向：激光先进制造技术申请学位：工学硕士指导教师：季凌飞研究员所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经

3、发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：林真源日期：2016年6月1日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：林真源日期：2016年6月1日导师签名：季凌飞日期：2016年6月1日摘要

4、摘要作为一种重要的半导体材料，硅具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长等优点。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料。硅材料表面功能性微结构的制备可以改善其光、电、磁学性质。因此，发现并利用硅材料的一些独特性质具有重要意义。本文提出了基于微球辅助激光—化学复合加工方法，在单晶硅表面制备了具有较好周期性和均一性的微结构阵列。对所制备不同样品的反射率测试，验证了此方法通过可控制备单晶硅表面亚微米结构阵列可以实现对其表面光学性能的调控。分别采用248nm波长准分子激光、355nm波长皮秒激光对覆盖有不同直径微

5、球的单晶硅表面进行辐照或扫描加工，分别获得亚微米级丘-环状结构阵列（准分子激光）和孔-环状结构阵列（皮秒激光），之后经快速化学刻蚀（30s以内）对表面阵列进行处理，综合发挥了介电微球辅助激光近场辐照和晶硅化学各向异性刻蚀的优势，制备了具有功能性的单晶硅表面微结构阵列；研究了微球直径，激光工艺参数（能量密度或功率）和刻蚀时间对微结构成型的影响；采用时域有限差分（FDTD）模拟分析方法，对结构的成型机理进行了探究；对样品的反射率进行了测试，验证了该方法对结构功能性的调控作用。对皮秒激光制备出的样品进一步进行了SERS衬底制备的研

6、究，探究了结构分布和形貌对其SERS性能的影响，结合FDTD模拟对其SERS机理进行了分析。结合文献调研和实验结果，本文获得了三点有价值的研究成果：1、结合微球辅助激光和晶硅化学各向异性刻蚀，制备出了周期性和均一性较好的多面锥台状周期性阵列，通过对微球直径，激光工艺参数（能量密度或功率）和刻蚀时间的控制，实现了对微结构形貌和分布的高度调控。2、结合实验结果和FDTD模拟，分别对微球辅助激光加工以及化学刻蚀成型过程进行了解释，为激光-化学复合法制备晶硅表面微结构的机理研究提供了科学性参考。3、测试了样品反射率以及制备了单晶硅S

7、ERS衬底，验证了该方法制备的微结构阵列具有较好的功能性。同时，通过对微球直径，激光工艺参数（能量密度或功率）和刻蚀时间的控制，可以实现对其功能性的调控。本方法加工环境开放，制备成本低，工艺可控性较高，为激光复合化学法制备单晶硅表面功能性微结构的制备提供了新思路。关键词：单晶硅；准分子激光；皮秒激光；功能性微结构-I-AbstractAbstractAsoneofthemostimportantsemiconductormaterials,siliconwithmanyadvantagessuchasrichreserves

8、,lowcost,excellentthermalandmechanicalproperty.Nowadays,siliconisstillrealizedasthemostfundamentalmaterialinelectronicandinformationindustry.Theo