[發(fā)明專利]一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210697039.8
• 申請(qǐng)日: 2022-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN115000203A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃傳真;劉雪飛;劉含蓮;姚鵬;朱洪濤;鄒斌;劉盾;王軍;王真;徐龍華;黃水泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0236
• 分類號(hào): H01L31/0236;H01L21/268
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發(fā)明公開了一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面及其制備方法，該制備方法將納秒激光輔助水射流近無損傷加工和飛秒激光掃描相結(jié)合，通過將納秒激光輔助水射流近無損傷加工技術(shù)和超短脈沖飛秒激光“冷”加工技術(shù)相結(jié)合，可有效降低單晶硅激光制絨過程中的重鑄層現(xiàn)象和熱裂紋引起的亞表面損傷；同時(shí)通過調(diào)整納秒激光輔助水射流工藝參數(shù)和飛秒激光工藝參數(shù)可以對(duì)微米尺度框架結(jié)構(gòu)和納米尺度結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行靈活的修改，可以在一個(gè)微納雙尺度混合結(jié)構(gòu)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾何陷光效應(yīng)和有效介質(zhì)效應(yīng)，減少表面反射。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面及其制備方法，該制備方法具體為采用激光輔助水射流和飛秒激光工藝相結(jié)合的方式進(jìn)行制備。

背景技術(shù)

這里的陳述僅提供與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

單晶硅是應(yīng)用于硅基太陽(yáng)能電池和光電探測(cè)器的最重要材料之一，在這些應(yīng)用中，空氣-硅界面的高反射會(huì)阻礙有效的光收集，并極大地影響性能。而具有微納雙尺度結(jié)構(gòu)的表面可以進(jìn)行材料表面的光學(xué)性能的調(diào)控，降低單晶硅表面的反射率。如，當(dāng)表面結(jié)構(gòu)為大于入射光波長(zhǎng)的微米尺度時(shí)，入射光會(huì)在結(jié)構(gòu)間隙中發(fā)生多次反射，使材料吸收大部分入射光，形成陷光效應(yīng)，如圖1所示；當(dāng)結(jié)構(gòu)的周期為小于入射光波長(zhǎng)的納米級(jí)(稱為亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu))時(shí)，隨著粗糙結(jié)構(gòu)層的等效梯度折射率逐漸增大，產(chǎn)生多層漸變介質(zhì)膜的減反射效果，即有效介質(zhì)效應(yīng)，可在較大程度上抑制入射光的反射，如圖2所示。

制備減反射絨面的方法有濕法化學(xué)刻蝕、納米壓印、電子束刻蝕、等離子刻蝕等，但因其制作工藝復(fù)雜或使用化學(xué)試劑而具有成本高或環(huán)境污染等缺點(diǎn)。激光加工技術(shù)具有加工結(jié)構(gòu)的任意性和可控性，可實(shí)現(xiàn)程序化和大面積加工，并具有環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。然而激光刻蝕后，重鑄層、熱影響區(qū)等加工損傷較為嚴(yán)重，通常需要使用化學(xué)刻蝕方法去除加工損傷，不僅增加了工藝流程和成本，并且化學(xué)試劑的使用導(dǎo)致環(huán)境污染。飛秒激光因脈沖作用時(shí)間短，材料熱影響區(qū)小，可實(shí)現(xiàn)材料的低熱損傷“冷加工”，但飛秒激光對(duì)材料的去除效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)激光制絨表面重鑄層和熱裂紋等加工損傷嚴(yán)重和飛秒激光去除效率低的問題，提供一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面及其制備方法，該制備方法將納秒激光輔助水射流近無損傷加工和飛秒激光掃描相結(jié)合，通過將納秒激光輔助水射流近無損傷加工技術(shù)和超短脈沖飛秒激光“冷”加工技術(shù)相結(jié)合，可有效降低單晶硅激光制絨過程中的重鑄層現(xiàn)象和熱裂紋引起的亞表面損傷；同時(shí)通過調(diào)整納秒激光輔助水射流工藝參數(shù)和飛秒激光工藝參數(shù)可以對(duì)微米尺度框架結(jié)構(gòu)和納米尺度結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行靈活的修改，可以在一個(gè)微納雙尺度混合結(jié)構(gòu)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)幾何陷光效應(yīng)和有效介質(zhì)效應(yīng)，減少表面反射。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明提供一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面的制備方法，包括如下步驟：

利用納秒激光輔助水射流裝置沿單晶硅片縱向掃描，水射流沿掃描速度方向，且后置于納秒激光，在單晶硅片上制備V型槽陣列；

利用飛秒激光在不同焦平面位置上，依次沿與V型槽陣列垂直或呈設(shè)定角度橫向掃描，在V型槽陣列的不同位置處加工出不同尺寸或密度的納米結(jié)構(gòu)，得到微納米雙尺度減反射絨面。

第二方面，本發(fā)明提供一種單晶硅微納雙尺度減反射絨面，由所述制備方法制備而成。

上述本發(fā)明的一種或多種實(shí)施例取得的有益效果如下：

水射流沿掃描速度方向，后置于納秒激光，單晶硅材料待加工區(qū)域被納秒激光加熱軟化后，在塑性模式下被水射流剪切去除，大大減少了重鑄層和熱裂紋引起的亞表面損傷，在近無損傷狀態(tài)下對(duì)單晶硅表面進(jìn)行刻蝕，具有加工損傷小、重鑄層和熱影響區(qū)小的優(yōu)點(diǎn)。