硅表面微光栅结构的纳秒激光干涉刻蚀研究

摘要

微光栅结构的制作一直是微加工领域的一个研究热点。由于制作的光栅周期很小，以及成本、环境要求、工艺复杂程度和运行效率等因素，目前适合工业化生产的微光栅结构制作方法较少。本文主要开展了采用纳秒激光干涉刻蚀的方法在硅片表面直接制作微光栅结构的研究，完成了相关的实验和测试。 本文的研究内容和主要成果归结如下： 1.微光栅结构的衍射情况非常复杂，介绍了对其进行分析的理论方法，给出了严格耦合波分析法(RWCA)对光栅微结构各级衍射效率的计算公式。使用了Rsoft软件的DiffractMOD工具进行数值模拟。 2.以半导体泵浦全固态激光器(DPSSL)为光源，利用位相光栅进行分束，搭建了多光束纳秒紫外激光干涉刻蚀系统，进行了在硅片表面直接刻蚀微光栅结构的实验。 3.双光束干涉刻蚀实验制作了周期0.55μm的一维微光栅结构，测量了不同脉冲个数刻蚀的样品对于不同波长的入射光的反射情况。结果显示，硅片经刻蚀后的光反射少于未经刻蚀的情况，制作的微光栅结构起到了减少硅表面光反射的效果。 4.四光束干涉刻蚀实验在硅表面进行了二维正交微光栅结构的制作，并分析与讨论了实验结果，得到的光栅周期为1.25μm。这种周期结构在光子晶体、生物科学等领域有很好的应用前景。 本文的工作提出了一种无需掩模，工艺简洁，制作灵活性好，运行效率和刻蚀精细程度较高的微光栅结构制作方法。改变了硅片表面微结构，优化了硅材料对光能的吸收利用。拓展了大功率激光刻蚀在微加工领域的应用。在实际工业生产中有广泛的应用前景和进一步研究的价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 引 言

1.1概述

1.2微光栅结构制作工艺的研究进展

1.2.1激光技术的发展应用与DPSSL

1.2.2飞秒激光制作微光栅结构的实验

1.2.3电子束制作微光栅结构的研究

1.3本文主要内容与成果

第二章 分析微光栅结构的理论基础

2.1微光学理论概述

2.2微光栅结构衍射特性的分析

2.2.1矢量衍射理论的分析方法

2.2.2 RCWA对微光栅结构衍射特性的分析

2.3基于RCWA的软件工具

第三章 干涉刻蚀系统与实验方法

3.1系统组件与光路结构

3.2实验方法与具体步骤

3.2.1控制软件与实验材料

3.2.2干涉刻蚀实验步骤

3.3微光栅结构的制作方案

第四章硅表面微光栅结构的刻蚀实验

4.1软件模拟

4.2双光束干涉刻蚀一维线型微光栅结构

4.2.1实验参数与结果讨论

4.2.2不同脉冲个数刻蚀得到的样品的反射率

4.3四光束干涉刻蚀二维正交微光栅结构的实验

4.4影响实验结果因素的分析

第五章总结与展望

5.1结论与进一步研究方向

5.2应用前景

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致 谢