基于纳米压印技术硅表面抗反射纳米周期结构的研究

摘要

硅表面固有的菲涅耳反射，使得硅基半导体光电器件(如太阳能电池、红外探测器)表面30％以上的入射光因反射而损失掉，严重影响着器件的光电转换效率。寻找一种方法降低硅基表面的反射率，进而提高器件的效率成为近年来研究的重点。
　　表面亚波长结构，具有较高的抗反射性能和稳定的结构，是一种简单而高效的降低表面反射的方法。纳米压印作为下一代光刻工艺的候选之一，具有低成本、高效率、高分辨率以及适合大面积生产的特点，在微纳制造上具备较大的优势。本论文基于纳米压印光刻(Nanoimprint Lithography，NIL)技术，对纳米压印模板和硅片表面抗反射纳米周期结构的制备进行了研究。
　　传统纳米压印模板的制备依赖极紫外光刻、电子束光刻、聚焦离子束光刻等，成本高而且耗时。多孔氧化铝作为一种模板，具有较高的周期性和规整性，可以为纳米压印提供模板，本论文结合NIL和阳极氧化铝（Anodic Aluminum Oxide，AAO），在硅基表面成功制备出孔间距在350nm到560nm，孔径在170nm到480nm，孔深200nm的多孔阵列结构。
　　亚波长结构的抗反射性能受到结构的周期、形貌、深度的影响较大，为了深度了解该方面的影响，结合纳米压印和感应耦合等离子体（ICP，Inductively Coupled Plasma）刻蚀技术，在硅片的表面制备出截顶抛物面型、类梯形圆柱型、类子弹头型等三种不同形貌的纳米周期结构。反射率的测试表明，当入射光角度为8°时，有纳米结构的硅片相对于没有结构的硅片来讲，在测试波长400到2500nm范围内的反射率都有很明显的降低。结合等效介质理论和严格耦合波理论对结果进行了分析，验证了所得到的结果。

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1 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 纳米压印技术的发展

1.3 硅表面抗反射结构的研究现状

1.4 本论文主要研究的内容

2 表面抗反射纳米周期结构的理论分析

2.1 亚波长结构的严格耦合波理论

2.2 亚波长结构的等效媒质理论

2.3 本章小结

3 纳米压印模板的制备

3.1 纳米压印模板的分类和制备方法

3.2 多孔硅模板的制备

3.3 本章小结

4 硅表面抗反射纳米周期结构的制备

4.1 纳米压印模板的处理

4.2 抗反射纳米周期结构的制备

4.3 硅表面抗反射性能测试和理论分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 课题研究成果

5.2 进一步研究工作

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表文章专利