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硅表面抗反射纳米周期阵列结构的纳米压印制备与性能研究

张铮 徐智谋 孙堂友 何健 徐海峰 张学明 刘世元

硅表面抗反射纳米周期阵列结构的纳米压印制备与性能研究

张铮, 徐智谋, 孙堂友, 何健, 徐海峰, 张学明, 刘世元
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  • 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)表面有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.本文基于纳米压印光刻技术, 在2 英寸单晶硅表面制备出周期530 nm, 高240 nm的二维六角截顶抛面纳米柱阵列结构. 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无纳米 结构的硅片来讲, 在400到2500 nm波长范围内的反射率有很明显的降低, 其中, 800到2000 nm波段的反射率都小于10%, 在波长1360 nm附近的反射率由31%降低为零. 结合等效介质理论和严格耦合波理论对结果进行了分析和验证.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61076042, 60607006);国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2011YQ16000205) 和国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA03A106)资助的课题.
    [1]

    Huen T 1979 Appl. Opt. 18 1927

    [2]

    Doshi P, Jellison G E, Rohatgi A 1997 Appl. Opt. 36 7826

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    Kuo M L, Poxson D J, Kim Y S, Mont F W, Kim J K, Schu-bert E F, Lin S Y 2008 Opt. Lett. 33 2527

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    Song Y M, Choi H J, Yu J S, Lee Y T 2010 Opt. Express 18 13063

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    Bernhard C G, Miller W H 1962 Acta Physiol. Scand. 56 385

    [6]

    Boden S A, Bagnall D M 2008 Appl. Phys. Lett. 93 133108

    [7]

    Chen Q, Hubbard G, Shields P A, Liu C, Allsopp D W E, Wang W N, Abbott S 2009 Appl. Phys. Lett. 94 263118

    [8]

    Tsai M A, Tseng P C, Chen H C, Kuo H C, Yu P C 2011 Opt. Express 19 A28

    [9]

    Kanamori Y, Hane K, Sai H, Yugami H 2001 Appl. Phys. Lett. 78 142

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    Srivastava S K, Kumar D, Singh P K, Kar M, Kumar V, Husain M 2010 Sol. Energ. Mat. Sol. C 94 1506

    [11]

    Ishimori M, Kanamori Y, Sasaki M, Hane K 2002 Jpn. J. Appl. Phys. 41 4346

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    Trompoukis C, Herman A, Daif Ei O, Depauw V, van Geste D, Nieuwenhuysen K, Gordon I, Deparis O, Poortmans J 2012 Proc. SPIE 8438 84380R

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    Sun T Y, Xu Z M, Wang S B, Zhao W N, Wu X H, Liu S S, Liu W, Peng J, Wang Z H, Zhang X M, He J 2013 J. Nanosci. Nanotechnol. 13 1871

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    Peng J, Xu Z M, Wu X F, Sun T Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 036104 (in Chinese) [彭静, 徐智谋, 吴小峰, 孙堂友 2013 物理学报 62 036104 ]

    [15]

    Ahn S H, Guo L J 2009 ACS Nano 3 2304

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    Ji S, Park J, Lim H 2012 Nanoscale 4 4603

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    Liu G Y, Tan X W, Yao J C, Wang Z, Xiong Z H 2008 Acta Phys. Sin. 57 514 (in Chinese) [刘光友, 谭兴文, 姚金才, 王振, 熊祖洪 2008 物理学报 57 514]

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    Hadobas K, Kirsch S, Carl A, Acet M, Wassermann E F 2000 Nanotechnology 11 161

    [21]

    Lin Y R, Lai K Y, Wang H P, He J H 2010 Nanoscale 2 2765

    [22]

    Leem J W, Song Y M, Lee Y T, Yu J S 2010 Appl. Phys. B 100 89

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  • [1] 刘世元, 张传维, 顾华勇, 沈宏伟. 基于修正等效介质理论的微纳深沟槽结构反射率快速算法研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5996-6001. doi: 10.7498/aps.57.5996
    [2] 桑田, 蔡托, 刘芳, 蔡绍洪, 张大伟. 带虚设层的抗反射结构导模共振滤波器设计与分析. 物理学报, 2013, 62(2): 024215. doi: 10.7498/aps.62.024215
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    [19] 韩涛, 孟凡英, 张松, 汪建强, 程雪梅. 银纳米颗粒减反射特性的理论研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027303. doi: 10.7498/aps.60.027303
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-27
  • 修回日期:  2013-05-02
  • 刊出日期:  2013-08-05

硅表面抗反射纳米周期阵列结构的纳米压印制备与性能研究

  • 1. 华中科技大学光学与电子信息学院, 武汉 430074;
  • 2. 华中科技大学, 数字制造装备与技术国家重点实验室, 武汉 430074
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 61076042, 60607006)

    国家重大科学仪器设备开发专项(批准号: 2011YQ16000205) 和国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA03A106)资助的课题.

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)表面有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.本文基于纳米压印光刻技术, 在2 英寸单晶硅表面制备出周期530 nm, 高240 nm的二维六角截顶抛面纳米柱阵列结构. 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无纳米 结构的硅片来讲, 在400到2500 nm波长范围内的反射率有很明显的降低, 其中, 800到2000 nm波段的反射率都小于10%, 在波长1360 nm附近的反射率由31%降低为零. 结合等效介质理论和严格耦合波理论对结果进行了分析和验证.

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