[發明專利]一種控制飛秒激光誘導晶硅表面微納結構形態的方法

有效

• 申請號: 201310209667.8
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN104209652A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 姜瀾;韓偉娜;李曉煒;徐樂;袁艷萍
• 申請（專利權）人: 中自高科(蘇州)光電有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及飛秒激光應用領域，尤其涉及一種控制飛秒激光誘導晶硅表面微納結構形態的方法。

背景技術

1965年Birnbaum首次用紅寶石激光在半導體表面誘導了規則的波紋結構，此后，研究者利用各種連續、脈沖激光在各種材料的表面和內部誘導了周期性結構。飛秒激光加工過程中具有低污染和可以加工各種復雜形狀器件等的優勢，在微/納加工領域有著廣泛的應用。飛秒激光誘導表面周期結構的產生可以實現納米尺度上的激光加工結構，在光子學、光電子學、熱輻射源和生物光學器件等方面有潛在的重要應用。另一方面，對于這種周期性結構的控制還可用于光柵結構的加工。因此對于這種表面周期性結構制造的控制研究具有重大意義。然而對于這種表面周期性微納結構的精密控制上的難題仍然制約著其廣泛的應用。主要包括對于單點自組裝周期性微納結構的加工控制以及在單點自組裝周期性微納結構研究的基礎上，逐點重疊掃描直寫大尺度周期性微納結構的制備控制。在文獻“Two-dimensional?microstructures?induced?by?femtosecond?vector?light?fields?on?silicon”中Lou等人通過對激光偏振方向的調節，實現了復雜二維半波長表面周期結構的制備。但對于這種表面周期性結構的控制均為對其波紋走向的控制，對于大面積周期結構進行制備時，相鄰掃描點間距為其主要參數。因而對于表面周期結構幾何形態的控制為這種表面周期性結構的廣泛應用至關重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種控制飛秒激光誘導晶硅表面微納結構形態的方法，以克服目前現有技術存在的上述不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種控制飛秒激光誘導晶硅表面微納結構形態的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：打開脈沖整形器，調整光路，確保激光入射方向與所加工樣本表面垂直；

步驟二：在線偏振態飛秒激光作用下調節不同的偏振方向，同時對激光偏振態進行調控；

步驟三：在線偏振態飛秒激光作用下的表面周期性結構呈現出橢圓形幾何形態，基于脈沖序列的表面周期性微納結構進行各向異性消除；以及

步驟四：控制激光直寫方向與激光線偏振方向調整掃描線寬。

進一步的，步驟二中，所述激光偏振態的調控方法包括以下步驟：

(1)調節脈沖能量為0.8J/cm²，在光路中加入半波片，調節半波片光軸與原偏振方向夾角得到不同方向的線偏振飛秒激光脈沖；

(2)打開機械開關，借助成像攝像機，通過消色差雙膠合平凸透鏡把激光聚焦到材料表面；

(3)調整激光入射頻率并控制機械開關開啟時間，激光脈沖以設定的脈沖數作用到樣本表面；

(4)在不同的線偏振激光作用下，在樣本表面加工出不同幾何形態的表面周期性結構；

(5)在光路中加入四分之一波片，調節波片光軸方向與原激光偏振方向夾角45°得到圓偏振激光；以及

(6)重復(2)、(3)過程，在圓偏振激光作用下，在樣本表面加工出幾何形態各向同性的表面周期性結構。

進一步的，所述步驟三中，所述基于脈沖序列的表面周期性微納結構各向異性消除方法包括以下步驟：

(1)打開機械開關，借助成像攝像機，通過消色差雙膠合平凸透鏡把激光聚焦到材料表面；

(2)調整激光入射頻率并控制機械開關開啟時間，激光脈沖以設定的脈沖數作用到樣本表面；以及

(3)在樣本表面加工出幾何形態各向同性的表面周期性結構。

進一步的，所述步驟四中，所述控制激光直寫方向與激光線偏振方向調整掃描線寬的加工方法包括以下步驟：

(1)打開機械開關，借助成像攝像機，通過消色差雙膠合平凸透鏡把激光聚焦到材料表面；

(2)設置激光入射頻率并編程控制移動平臺速度以控制入射到樣本表面單位面積上的脈沖數，在樣本上加工出垂直于激光偏振方向的鏈狀波紋結構；

(3)在光路中加入半波片，通過半波片光軸與原偏振方向夾角控制來調整入射激光的線偏振方向，保持激光掃描方向不變，在晶硅表面直寫出不同周期走向，不同線寬的鏈狀波紋結構。

本發明的有益效果為：本發明提出了一種可精確控制線寬的方法，通過調整激光偏振方向可精確控制掃描線寬，大大提高了大面積周期結構的制備效率及精度，同時，本發明提出的有關表面周期結構形態各向異性的控制，大大提高了其加工精度，在信息存儲等方面具有至關重要的應用價值。

具體實施方式