飛秒激光硅、鋁摻雜氧化鋅表面微納結(jié)構(gòu)制備及其性能的研究

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1、學(xué)號12101203常州大學(xué)碩士學(xué)位論文飛秒激光硅、鋁摻雜氧化鋅表面微納結(jié)構(gòu)制備及其性能的研究研究生董超指導(dǎo)教師丁建寧教授學(xué)科、專業(yè)名稱材料物理與化學(xué)研究方向新能源材料與器件2015年4月FabricationandPropertiesResearchesofFemtosecondLaserInducedNano/MicroStructuresonSiandAl:ZnOSurfacesADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByDongChaoMaterialsPhysicsandChemistryDissertationSupervisor:P

2、rof.DingJian-ningApril，2015常州大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在論文中以明確方式標(biāo)明。本人已完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解常州大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬常州大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被

3、查閱和借閱。學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密范圍，在年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日中文摘要飛秒激光加工技術(shù)作為一種靈活、簡單以及可控的材料表面微結(jié)構(gòu)制備技術(shù)，可以在金屬、半導(dǎo)體、聚合物、甚至是透明材料表面制備微米、納米尺度的表面結(jié)構(gòu)，顯著提高金屬、半導(dǎo)體材料表面的光學(xué)性能。本論文采用中心波長800nm、脈沖寬度35fs的飛秒激光對Si、鋁摻雜氧化鋅(AZO)表面進(jìn)行輻照，利用光學(xué)顯微鏡、場發(fā)射

4、電子顯微鏡、原子力顯微鏡等表征手段對形成的表面微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試，研究飛秒激光參數(shù)及外界環(huán)境對表面微結(jié)構(gòu)形成的影響。主要的內(nèi)容和結(jié)果如下：(1)實(shí)現(xiàn)了在不同環(huán)境中硅表面周期結(jié)構(gòu)的制備。利用不同參數(shù)的飛秒激光對處于空氣、水中的硅表面和光學(xué)玻璃、AZO薄膜覆蓋的硅表面2進(jìn)行逐行掃描，結(jié)果顯示：在空氣環(huán)境中，570mJ/cm能量密度的飛秒激光照射可以在硅表面制備出周期為680nm、深度為300nm的激光誘導(dǎo)2周期性表面結(jié)構(gòu)(LIPSS)；水和光學(xué)玻璃覆蓋環(huán)境下，410mJ/cm能量密度的飛秒激光制備出的LIPSS周期和深度分別為650nm、320nm；AZO2薄膜覆蓋下，300mJ/cm能量密度的飛

5、秒激光制備出了周期為580nm的硅表面結(jié)構(gòu)。(2)在空氣環(huán)境中利用飛秒激光直寫制備了硅表面陷光結(jié)構(gòu)。隨著飛秒激光脈沖功率的增大，黑硅表面錐狀結(jié)構(gòu)高度和底部直徑增加，并且在錐狀結(jié)構(gòu)表面附著了納米絮狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生；反射率在300nm-1100nm波段降低到了5%左右；硅表面的潤濕性從未處理時的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)榧す馓幚砗蟮氖杷浴?3)飛秒激光的能量密度對AZO表面微結(jié)構(gòu)的形成至關(guān)重要。首先采用原子層沉積的方法，在拋光硅表面沉積240nm厚度的AZO，然后利用飛秒激光照射樣品表面，研究不同參數(shù)的飛秒激光對AZO表面微結(jié)構(gòu)形成的影響。當(dāng)飛秒激光脈沖功率在5mW時，可在AZO表面制備出“森林”狀的表面結(jié)構(gòu)；而

6、當(dāng)激光脈沖功率為10mW時，飛秒激光作用生成的表面結(jié)構(gòu)深度與基面相比超出了AZO薄膜自身的厚度，高能量脈沖的累積會將AZO完全燒蝕掉。使用脈沖功率為2mW的飛秒激光在AZO表面制備出了周期為560nm的表面結(jié)構(gòu)，該表面在300nm-1100nm波段反射率從8%降低到了4%。關(guān)鍵詞：飛秒激光；半導(dǎo)體材料；微納結(jié)構(gòu)；光學(xué)性能；潤濕性能ABSTRACTOverthepastdecadesyears,femtosecondlasersurfaceprocessinghasbecomeoneofthebestwaystocreatesurfacestructuresatnano-andmicro-sc

7、alesonmetals,semiconductors,polymersandtransparentmaterialsduetoitsflexibility,simplicity,andcontrollabilityincreatingvarioustypesofnano/microstructures.Significantadvancementsaremadeinapplyingthistechnique