[發(fā)明專利]一種微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310303765.8
• 申請(qǐng)日: 2013-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN103447693A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電機(jī)學(xué)院
• 主分類號(hào): B23K26/36
• 分類號(hào): B23K26/36;B23K26/067;G02B27/28
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超短脈沖微加工和多光束干涉技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于飛秒激光干涉技術(shù)的微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

激光干涉技術(shù)是制備周期性結(jié)構(gòu)的有效手段之一，并且由于其工藝簡(jiǎn)單并且成本低廉而得到了廣泛的應(yīng)用。激光干涉技術(shù)是將多束激光以一定的夾角入射到樣品上同一區(qū)域進(jìn)行相干，形成的強(qiáng)度分布圖樣刻印在光敏材料上，從而制備周期性結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變光束數(shù)量以及光束間的排列方式能夠制備不同周期的規(guī)則二維、三維結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有激光干涉技術(shù)制備的周期結(jié)構(gòu)往往大于激光波長(zhǎng)，處于微米量級(jí)，不易得到納米量級(jí)的周期性結(jié)構(gòu)。同時(shí)，周期性結(jié)構(gòu)的排列位置僅由激光干涉的強(qiáng)度分布所決定。若要得到不同排列形狀的周期結(jié)構(gòu)，需要重新建立激光干涉系統(tǒng)以改變光束數(shù)量和空間位置。因此，激光干涉技術(shù)得到的周期結(jié)構(gòu)花樣單調(diào)，缺乏靈活性。

自2002年開始，飛秒激光照射某些半導(dǎo)體后，能夠在材料表面和內(nèi)部誘導(dǎo)尺度遠(yuǎn)小于激光波長(zhǎng)的準(zhǔn)周期納米結(jié)構(gòu)。激光偏振狀態(tài)決定了納米結(jié)構(gòu)的形狀，一般來(lái)說(shuō)，線偏振光誘導(dǎo)納米條紋結(jié)構(gòu)，且條紋方向與激光偏振方向垂直；圓偏振光誘導(dǎo)納米顆粒結(jié)構(gòu)。這一方法在材料改性上具有很大的應(yīng)用前景，通過(guò)這一方法已制備了吸收率極大增強(qiáng)的“黑硅”，在金屬表面制備條紋結(jié)構(gòu)得到各種有色金屬以及電導(dǎo)率增強(qiáng)的SiC半導(dǎo)體等。

然而，飛秒激光誘導(dǎo)的準(zhǔn)周期納米結(jié)構(gòu)與激光偏振相關(guān)，若想得到不同類型的納米花樣，需要不斷改變激光的偏振狀態(tài)，制備時(shí)間長(zhǎng)，所得結(jié)構(gòu)的周期性、均勻性較差。

因此，需要一種利用飛秒激光干涉技術(shù)制備嵌套型微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的方法，以避免上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的制備方法，以解決傳統(tǒng)激光干涉技術(shù)中花樣單調(diào)、缺乏靈活性的問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

建立飛秒激光四光束干涉系統(tǒng)，使得所述飛秒激光四光束干涉系統(tǒng)產(chǎn)生的四束光的空間位置呈正方形排布,且最終出射后共焦和相互干涉；

提供用以制備不同的微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)的多個(gè)半導(dǎo)體樣品；

針對(duì)每個(gè)半導(dǎo)體樣品來(lái)改變所述四束光的偏振狀態(tài)和能量后，將相應(yīng)的半導(dǎo)體樣品放置在四束光的共焦處燒蝕，制備出相應(yīng)的微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)，每個(gè)微米納米復(fù)合周期結(jié)構(gòu)均包括干涉強(qiáng)度花樣決定的微米長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)和飛秒激光誘導(dǎo)的準(zhǔn)周期納米結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述飛秒激光四光束干涉系統(tǒng)包括：

光源（1），用于產(chǎn)生飛秒激光脈沖；

電子快門（2），其開合時(shí)間決定照射的飛秒激光脈沖數(shù)；

第一半波片（3）和第一格蘭棱鏡（4），用于調(diào)節(jié)穿過(guò)電子快門（2）的飛秒激光脈沖的能量和偏振方向；

第一分束片（5）；用于對(duì)調(diào)節(jié)后的飛秒激光脈沖進(jìn)行第一分光，分成能量相同的反射光束E、透射光束F兩束光；

第二分束片（6），用于對(duì)入射至的反射光束E進(jìn)行第二次分光，分為能量相同的反射光束A、透射光束C兩束光；

第一全反光鏡（7）、第一匯聚透鏡（8）和第二半波片（9），用于將入射至的反射光束A反射、匯聚后照射在替代樣品（25）表面點(diǎn)O處；

第一延時(shí)光路系統(tǒng)（10）、第二全反光鏡（11）、第三全反光鏡（12）、第二匯聚透鏡（13）和第三半波片（14），用于將入射至的透射光束C延時(shí)、全反射、匯聚后照射在替代樣品（25）表面點(diǎn)O處共焦；

第三分束片（15），用于對(duì)入射至的透射光束F進(jìn)行第二次分光，分為能量相同的反射光束B、透射光束D兩束光；

第二延時(shí)光路系統(tǒng)（16）、第四全反光鏡（17）、第五全反光鏡（18）、第三匯聚透鏡（19）和第四半波片（20），用于將入射至的反射光束B延時(shí)、全反射、匯聚后照射在替代樣品（25）表面點(diǎn)O處共焦；

第三延時(shí)光路系統(tǒng)（21）、第六全反光鏡（22）、第四匯聚透鏡（23）和第五波片（24），用于將入射至的透射光束D延時(shí)、反射、匯聚后照射在替代樣品（25）表面點(diǎn)O處共焦。

進(jìn)一步的，建立所述飛秒激光四光束干涉系統(tǒng)的步驟包括：