多孔硅“黑硅”的研究.pdf

1、本論文的主要工作集中于對(duì)多孔硅“黑硅”理論和實(shí)驗(yàn)的研究。通過(guò)對(duì)多孔硅多層薄膜光學(xué)折射率的設(shè)計(jì)，利用電化學(xué)腐蝕多孔硅制備出“黑硅”材料，并對(duì)該材料的反射和透射性質(zhì)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)上的探討。本論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1) 對(duì)多孔硅多層膜光學(xué)特性的理論研究通過(guò)改變多孔硅的多孔度，其光學(xué)折射率在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)域可調(diào)，因此通過(guò)對(duì)多孔硅折射率的設(shè)計(jì)，可構(gòu)造出功能不同的多層膜光學(xué)元件。我們利用折射率漸變理論和傳輸矩陣模型，在300-8

2、0nm可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)基于硅的一個(gè)折射率漸變體系(折射率從接近空氣的n=1.5到硅的n=3.5漸增)的反射、透射及吸收譜進(jìn)行理論模擬，獲得低于10％的寬波段反射。我們?cè)谟?jì)算中通過(guò)改變模型的厚度、層數(shù)等參數(shù)得到一系列反射譜，分析結(jié)果為后來(lái)的實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。 2) 電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕法制備基于多孔硅的“黑硅”以及其反射性質(zhì)的研究通過(guò)對(duì)硅光學(xué)折射率的設(shè)計(jì)，首次用電化學(xué)腐蝕這一簡(jiǎn)單易行的方法獲得一種具有極低反射率的硅材料。從肉眼看材料呈現(xiàn)

3、均勻的黑色，故稱之為“黑硅”。該“黑硅”材料具有折射率漸變的多層多孔微結(jié)構(gòu)，其反射率在可見(jiàn)光及近紅外波段(300nm-3000nm)寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)達(dá)到5％以下。利用傳輸矩陣對(duì)制備的“黑硅”樣品反射譜進(jìn)行理論模擬，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)符合很好，從而用折射率漸變理論解釋了“黑硅”現(xiàn)象。同時(shí)，用掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)對(duì)“黑硅”進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)其表面和體內(nèi)呈納米量級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，并獲得用于理論模擬的微觀參數(shù)。該材料在低反的波長(zhǎng)范圍和

4、低反的絕對(duì)值上均優(yōu)于國(guó)際上已報(bào)道的其他低反硅材料。 3) 多孔硅“黑硅”材料透射譜的初步研究“黑硅”材料除了反射率這一重要參數(shù)外，透射和吸收率的研究也是十分重要的，本部分對(duì)“黑硅”的透射性質(zhì)進(jìn)行初步研究。由于我們電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕工藝及硅片 (P 型 (100) 重?fù)降妥韫杵? 的限制，使實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)的腐蝕工藝無(wú)法獲得多孔硅“黑硅”樣品的透射譜，我們?yōu)榇藢?duì)電化學(xué)腐蝕工藝以及硅片的選擇進(jìn)行改進(jìn)，成功獲得基于雙面拋光多孔硅“黑硅”材料的透