飛秒激光誘導(dǎo)硅和鍺表面周期微納條紋的研究.pdf

1、在自然界中，許多生物表面排布的周期結(jié)構(gòu)往往具有一些特殊的功能性，例如：結(jié)構(gòu)色、超疏水、粘附性強(qiáng)和防反射等。受自然界中生物體特殊的表面功能啟發(fā)，表面規(guī)則有序的周期微納條紋的研究引起了人們廣泛的關(guān)注。激光誘導(dǎo)周期表面結(jié)構(gòu)（LIPSSs）作為一種特殊的周期微納條紋，已經(jīng)開始應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，例如：光子、微電子、光電子、微流體和生物醫(yī)學(xué)等。硅和鍺是重要的半導(dǎo)體材料，表面具有LIPSSs的硅和鍺材料在太陽能電池、平板顯示和拉曼散射的表面增強(qiáng)上有很多

2、潛在的應(yīng)用。由于飛秒激光的出現(xiàn)，材料表面可形成周期遠(yuǎn)小于激光波長的LIPSSs—高頻空間周期結(jié)構(gòu)（HSFLs）。但是到目前為止，HSFLs的形成機(jī)理仍不清楚。另一方面，由于HSFLs制備技術(shù)上的瓶頸，飛秒激光誘導(dǎo)表面形成短周期納米結(jié)構(gòu)的方法未能廣泛應(yīng)用。本文主要針對上述兩個(gè)問題，研究了飛秒脈沖激光在硅和鍺表面周期性條紋結(jié)構(gòu)的制備，探討其形成的作用機(jī)理。
　　利用76 MHz和1 kHz的飛秒脈沖激光（波長800 nm）掃描單晶硅，

3、硅表面制備出LSFLs和HSFLs以及周期凹槽結(jié)構(gòu)。研究了激光脈沖數(shù)、能量密度、偏振度和環(huán)境等因素對表面周期結(jié)構(gòu)的影響，并且修正了Sipe-Drude干涉理論。利用高重復(fù)頻率的飛秒激光首次在單晶硅表面制備出條紋朝向與激光偏振方向平行的HSFLs。通過數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過我們修正的Sipe-Drude干涉理論與LSFLs和HSFLs的實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合一致，認(rèn)為表面等離子體激元（SPPs）在LSFLs和HSFLs的形成中扮演著重要角色。
　

4、　同時(shí)通過76 MHz和1 kHz的飛秒脈沖激光掃描類金屬材料鍺，首次在鍺表面同時(shí)觀察到亞100 nm的HSFLs和LSFLs。研究表明：飛秒激光能量密度和累積脈沖數(shù)以及波長決定著條紋結(jié)構(gòu)的周期大小，表面等離子體激元諧波間的相互干涉是鍺表面同時(shí)形成垂直于激光偏振方向的LSFLs和HSFLs的主要原因。
　　通過不同重復(fù)頻率的飛秒激光輻照單晶硅和鍺表面周期維納條紋的制備，深入研究了 HSFLs形成機(jī)理的同時(shí)，對于飛秒激光制備納米材料