[發明專利]一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201910090081.1
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109581559B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張昭宇;袁牧鋒;崔雨舟
• 申請（專利權）人: 香港中文大學（深圳）
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F1/80;G03F7/00;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 逯恒

一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構，涉及光學器件領域，其包括多孔硅基底，以及多個光柵納米結構單元。光柵納米結構單元的形狀均為四角雙錐，一半埋于多孔硅基底內，一半暴露于多孔硅基底之外。該四角雙錐形狀的光柵納米結構單元，能在空氣和器件之間提供更加漸進的有效折射率分布，進而提高器件的光靈敏度、光能采集率等。一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構的制備方法，其操作簡單，對設備要求不高，可以及其方便地用于上述四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構的制備。

技術領域

本發明涉及光學器件領域，具體而言，涉及一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構及其制備方法。

背景技術

當今的光能利用與采集已經進入了一個快速發展的時期，其中更靈敏地采集光（光電探測器）、更多地采集光能（太陽能電池）等顯得愈發重要。為了實現上述目標，減少光由于反射等的損耗，許多科學家著眼于儀器表面的寬波段抗反射(Antireflection, AR)性能以及大入射角(Angle of Incidence, AOI)下的表現，對于薄膜太陽能電池、光學示波器和光電探測器等各種器件這些性能更為重要。

作為一種傳統方式，半波長AR涂層被廣泛用于減少光學器件表面的反射。多層漸變折射率(Graded Index, GRIN)薄膜由于其階梯形的漸變折射率分布，擁有較好的AR效應，進而成為研究者們的理想選擇。然而，依據Wang等的研究，以前的解決方案有的被限制在狹窄的帶寬范圍內，有的遇到了在接近垂直的入射下才能高效工作的問題。但Bernard的科研成果顯示，生物模擬納米結構的寬波段抗反射效果對光的AOI不太敏感；所以，其具有克服這些問題的先天優勢。這種納米結構通常在表面附近有錐形的尖端，它不僅與多層薄膜共享 GRIN AR 效應，而且由于其為三維立體結構，在較大AOI下具有非凡的性能。因此，這些納米結構被應用于光譜學，顯示器，太陽能電池和感光檢測。這種周期亞波長納米結構，只要滿足有效折射率隨著深度的下降而緩慢變化的條件，便能在有效介質理論（Effective Media Theory, EMT）下制造出來。該設計標準簡單，在 Chadha、Yalamanchili等人的研究中，其已經被深入開發和用于高轉換效率太陽能電池的設計。

以前，具有金字塔（四方錐）錐度的納米結構被廣泛使用，因為硅納米晶晶陣和倒金字塔陣列很容易實現并應用于太陽能電池和光電探測器等器件。然而，硅的各向異性蝕刻特性阻礙了幾何形狀的進一步改善，從而影響了金字塔光柵的AR效應。折射率從空氣向基體材料的過渡應該變得更加漸進?；诖?，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構，其四角雙錐形狀的光柵納米結構單元，能在空氣和器件之間提供更加漸進的有效折射率分布，進而提高器件的光靈敏度、光能采集率等。

本發明的另一目的在于提供一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構的制備方法，其操作簡單，對設備要求不高，可以及其方便地用于上述四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構的制備。

本發明的實施例是這樣實現的：

一種四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構，其包括多孔硅基底，以及多個光柵納米結構單元；

多孔硅基底包括安裝面，安裝面上陣列設置有多個用于安裝光柵納米結構單元的孔穴，孔穴的形狀為倒置的四角錐，四角錐的頂點朝向多孔硅基底的內部，底面位于安裝面上；

光柵納米結構單元的材質為聚二甲基硅氧烷；多個光柵納米結構單元與多個孔穴一一對應，每個光柵納米結構單元的形狀均為四角雙錐，其包括上錐體和下錐體，下錐體埋入孔穴中，上錐體暴露于多孔硅基底之外。

一種上述四角雙錐陣列組成的雙光柵納米結構的制備方法，其包括：

將兩個互為鏡像的多孔硅基底的安裝面抵接，使兩個多孔硅基底的孔穴一一對應，形成多個四角雙錐形的型腔；