一种单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115535959A(43)申请公布日2022.12.30(21)申请号202211473482.3(22)申请日2022.11.23(71)申请人山东大学地址250061山东省济南市历下区经十路17923号(72)发明人姚鹏王庆伟徐相悦王鹏飞刘莉褚东凯屈硕硕刘含莲邹斌黄传真(74)专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221专利代理师陈晓敏(51)Int.Cl.B81C1/00(2006.01)B23K26/362(2014.01)权利要求书1页说明书5页附图3页(54)发明名称一种单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法(57)摘要本发明属于微结构阵列加工领域，具体提出了一种单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，在确定单晶硅的晶向后，采用飞秒激光沿着与所述晶向平行或/和垂直的方向进行加工，在单晶硅表面形成微结构阵列；将加工后的单晶硅在各向异性刻蚀液中进行湿法刻蚀。利用飞秒激光沿着单晶硅晶向进行直接加工，再对其进行湿法刻蚀，无需掩膜，加工效率大幅度提高。同时，该方法可以获得轮廓完整、结构一致性良好和高表面质量的倒金字塔阵列、V型沟槽阵列以及正金字塔阵列结构，能够有效的改善材料的光学性能，在微型太阳能电池和微光学系统中有着重要的应用。CN115535959ACN115535959A权利要求书1/1页1.一种单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，如下：在确定单晶硅的晶向后，采用飞秒激光沿着与所述晶向平行或/和垂直的方向进行加工，在单晶硅表面形成微结构阵列；将加工后的单晶硅在各向异性刻蚀液中进行湿法刻蚀。2.如权利要求1所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，在空气或去离子水中利用飞秒激光加工单晶硅。3.如权利要求2所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，在空气中利用飞秒激光加工的具体方法如下：飞秒激光经过物镜后直接聚焦于单晶硅表面，单晶硅放置于样品台上方，纳米运动平台控制样品台在X、Y方向进行移动。4.如权利要求2所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，在去离子水中利用飞秒激光加工单晶硅的具体方法如下：将单晶硅固定在水箱的底部，将水箱放置于样品台上方；水箱内盛有去离子水，物镜前端位于去离子水之下，飞秒激光经过去离子水作用在单晶硅表面。5.如权利要求1所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，所述的各向异性刻蚀液的质量分数为20%‑40%。6.如权利要求5所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，刻蚀温度为20℃‑80℃。7.如权利要求5所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，刻蚀时间为1min‑12h。8.如权利要求1所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，所述的微结构阵列为微孔阵列、方格阵列或沟槽阵列。9.如权利要求8所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，所述的微孔的直径为微米量级。10.如权利要求9所述的单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法，其特征在于，所述的微孔在X、Y方向上的间距为微米量级且与微孔直径相等。2CN115535959A说明书1/5页一种单晶硅微结构阵列的湿法刻蚀辅助飞秒激光加工方法技术领域[0001]本发明属于微结构阵列加工领域，具体涉及一种湿法刻蚀辅助飞秒激光沿单晶硅晶向加工微结构阵列的方法。背景技术[0002]单晶硅是一种非金属晶体材料，其自身导热性能好、机械强度优良、折射率和红外透过率高，物理性能优异。通过在单晶硅材料表面加工出不同类型的微结构，例如倒金字塔型结构、微纳米结构、沟槽阵列结构以及三维悬浮结构等，从而使其具备不同的属性及功能，这在微型太阳能电池、微光学系统以及其他商业化的产品中得到了广泛的应用。[0003]目前单晶硅材料的加工方法较为多样，机械加工可以实现材料的大尺寸、高精度制备，但是加工效率低，且难以完成复杂截面轮廓的阵列结构加工；湿法刻蚀工艺简单，效率高，但是其在加工过程中多数需要掩膜板，工序较为复杂。[0004]飞秒激光湿法刻蚀技术综合了飞秒激光直写微细加工与湿法刻蚀工艺简单、精度高等优点，在高纵横比微孔、微透镜阵列以及复杂结构阵列的加工中获得了重要的应用。飞秒激光结合湿法刻蚀技术进行材料加工时，首先采用飞秒激光烧蚀材料使其结构发生改变（晶格变化、表面改性、生成微孔等），无需制备掩膜，然后采用湿法刻蚀技术在激光加工区（改性区）去除材料，从而形成一定形状尺寸的微结构。其中，湿法刻蚀技术是指采用与待加工材料发生化学反应的腐蚀液，在加工过程中使得材料生成可溶性物质，从而去