表面改性硅的超快激光脉冲制备及光电特性研究

摘要

为将单晶硅的吸收限拓展至近红外波段以满足光通讯之需求,利用纳秒激光脉冲辐照单晶硅表面制得了表面结构化的硅.研究了能量密度从0.39 J/cm^2到24 J/cm^2的激光脉冲辐照后结构化硅表面的形貌差异.测试并分析了不同能量密度的激光脉冲辐照后结构化硅的反射率、透过率和吸收率等光学性质.研究发现,相比于单晶硅衬底,所有结构化硅样品都表现出近红外吸收增强特性,对1500 nm的近红外光的吸收率高达55%.进而对改性硅样品的红外吸收的热稳定性进行了研究.在473~1073 K的温度范围内对改性硅样品进行退火,通过分析改性硅的反射率、透过率和吸收率随退火温度的变化规律,发现热退火处理会轻微降低改性硅样品的红外区吸收率,吸收率降低幅度低于10%.最后,通过分析脉冲激光改性硅的拉曼光谱,获得了改性硅的晶体结构信息.经过纳秒激光脉冲辐照后,硅表面处于无序化状态,形成非晶或多晶相,但是后热退火工艺可以有效改善结构化硅表面的晶体质量.