基于等效介质理论的纳米线黑硅光学特性研究

摘要

为了研究不同形貌下纳米线黑硅阵列的减反射性能,文中采用金属辅助催化刻蚀法在硅基底表面制备大面积排列有序的硅纳米线,即纳米线黑硅。研究了刻蚀溶液中氧化剂的比例对其生长过程、表面形貌及光学特性的影响。通过亚波长光栅原理和等效介质理论计算了纳米阵列结构在特定波长下的抗反射性能的最佳参数,使用FDTD Solutions仿真软件系统模拟了宽光谱照射下尺寸参数对纳米线黑硅微结构阵列反射率的影响。研究结果表明:通过测试样品可见光到近红外波段(380~900 nm)的光学特性,相较于抛光硅片,表面存在纳米线黑硅阵列的硅片吸光度得到有效提升。通过改变刻蚀溶液中氧化剂的比例,可以定量地调控薄膜的吸光度。结合光学测试结果进行理论计算,能够提供纳米线黑硅衍射级次的变化规律,归一化周期T/λ比值持续增加,高阶级次的衍射光会逐渐出现。通过控制硅线周期来避免出现高级次衍射光,提升薄膜的减反射性能。