“黑硅”表面特殊锥状尖峰结构的制备及其光学模型仿真  被引量:19

Simulation of Optical Model Base on Micro-Cones Structure of "Black Silicon"

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作  者:吴文威[1] 徐嘉明[1] 陈宏彦[1] 

机构地区:[1]上海理工大学教育部光学仪器与系统工程研究中心,上海200093

出  处:《中国激光》2011年第6期246-250,共5页Chinese Journal of Lasers

基  金:国家自然科学基金(61007059);教育部留学回国科研启动基金;国家教育部博士点新教师基金(20093120120007);上海市教育发展基金会曙光计划基金(08SG48);上海市科委纳米技术专项基金(0952nm02400);上海市科委浦江人才计划基金(09PJ1407800);上海市教育委员会科研创新项目(11YZ117)资助课题

摘  要:为了更好地理解"黑硅"材料高吸收效率的物理原因,在成功制备了表面具有不同高度的锥状尖峰结构的"黑硅"材料基础上,利用扫描电子显微镜(SEM)获得锥状尖峰的几何参数,并根据该参数进行"黑硅"表面特殊结构建模,计算出"黑硅"材料有效吸收表面积相对于普通平面硅材料的有效吸收表面积增加了20多倍;同时根据表面建模和几何光学的方法在200-2000 nm的光谱范围内进行了反射率仿真,仿真结果与实验测试数据较为接近,从而在理论上验证了该特殊结构的强吸收性是由飞秒激光加工的硅材料有效吸收表面积增加和"黑硅"结构的陷光效应而引起的。In order to study the special optical absorption efficiency of "black silicon" materials,"black silicon" material with different heights of micro-cones is successfully fabricated,and the geometric parameters of the micro-cones are measured by scanning electron microscope(SEM).Then a model is built to calculate the surface effective absorption area of "black silicon" material based on the measured structure of "black silicon" material,and the surface area of "black silicon" is more than 20 times than that of normal silicon.Meantime,according to the geometrical optics method,the reflectivity is simulated during the wavelength from 200 nm to 2000 nm.The simulation results are relatively close to the experimental results.It is theoretically verified that the strong optical absorption ability of the silicon with micro-nano structure is due to special structure for light trapping effect and the increase of surface effective absorption area.

关 键 词:激光技术 飞秒激光加工 黑硅 锥状尖峰结构 “陷光”作用 

分 类 号:O436[机械工程—光学工程]

 

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