[发明专利]一种多点接触模式下的大面积硅表面织构化加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种的表面织构化结构的加工方法，尤其涉及一种多点接触模式下的硅片的大面积表面织构化加工方法。

背景技术

微/纳米科技是21世纪的主导产业，世界各国把微/纳米科技作为研究和应用的重点。当材料表面被加工出各种织构化的微/纳米图案后，其光反射特性、摩擦磨损特性、亲疏水特性将发生重大改变。这种表面织构化加工方法被广泛应用于“黑硅”(高光吸收率的太阳能电池板)、疏水仿生材料、发动机减阻结构、精密光栅等的加工领域。

以微/纳米制造最重要的材料硅为例，其目前的表面织构化加工技术有：1.等离子刻蚀：首先在硅表面沉积大量的纳米颗粒作为掩膜(比如银颗粒)，利用SF₆等离子刻蚀，可以在硅表面形成凸结构从而增加光吸收效率。该技术可以应用于太阳能电池板的加工，但是其过程复杂，后续需要去除表面的银颗粒，并且形成的凸结构位置随机分布不可控。2.平版印刷术：在硅表面覆盖掩模，再涂光刻胶，烘干后利用光刻技术将图形传导至硅。该方法可以实现位置可控的图案加工从而实现表面疏水。但是此方法过程复杂，效率较低，每个步骤都影响最终的精度，而且制作大面积的掩模难度很高。3.电化学腐蚀：将硅片置于通电的电化学溶液中腐蚀一定时间，再采用氢氟酸和过氧化氢进行二次处理，硅表面会形成不规则织构，其表面腐蚀坑会根据电流密度不同而具有不同的深度和宽度。该技术加工的表面织构可控性差，腐蚀深度难以准确把握。显然，传统的微/纳米加工方法面临着工艺复杂、高成本、低效率等问题。

近年来，包括原子力显微镜在内的扫描探针显微镜被逐渐应用到表面纳米加工领域。基于原子力显微镜的阳极氧化法可以利用原位阳极氧化作用在导体或半导体表面加工掩模，结合化学腐蚀，可加工出纳米结构。这种方法过程简单，只需两步即可实现表面微/纳米加工。但是，这种方法严重依赖环境湿度和探针的导电性，加工环境十分苛刻。同时，该设备只能在单探针模式下工作，加工速度慢，效率较低，而且其加工范围一般不能超过一百微米，很难实现大面积的织构加工，达不到批量化生产要求。

因此，为了推动的织构化加工技术的应用，实现批量化加工，有必要发明一种加工面积大、效率高、成本低的硅片织构化加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种多点接触模式下的大面积硅表面织构化加工方法，该方法通过多点接触模式下对硅(100)单晶片的简单刻划和后续腐蚀完成，操作简单、重复性好，不需要复杂、昂贵的加工设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种多点接触模式下的大面积硅表面织构化加工方法，其步骤是：

(1)将硅(100)单晶片置于多点接触板垂直下方位置，再使硅(100)单晶片与多点接触板两者垂直相对运动至发生接触，并达到设定的接触载荷F；其中，多点接触板的具体构成是：基底上固定有多个曲率半径为500nm～250μm的微球，多个微球的顶点处于同一平面上；

(2)在设定的接触载荷F下，使多点接触板和硅(100)单晶片按照设定轨迹相对运动，使多点接触板对硅(100)单晶片进行刻划；

(3)刻划完成后，使硅(100)单晶片脱离多点接触板，再将硅(100)单晶片放入质量分数为15～25％的KOH溶液中，腐蚀3～8分钟，即在硅(100)单晶片上加工出相应的织构化结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明在多点接触模式下进行刻划，刻划时固定于多点接触板上的多个微球同时并行在被加工材料一硅(100)单晶片上的多个位置上进行刻划，刻划效率高、时间短；刻划完成后，在进行数分钟的KOH整体腐蚀即加工出大面积(50mm×50mm)具有凸结构的对应的织构化结构

二、本发明不需要对硅(100)单晶片表面进行任何喷胶、曝光、显影等复杂特殊处理，不需要外加电场，不依赖外界湿度、温度，只需要简单的机械刻划和后续腐蚀即可完成加工，大幅降低了操作难道，降低了加工成本，提高了加工效率。

二、更换微球个数、大小、间距、排列不同的多点接触板，即可方便地在被加工的硅(100)单晶片上加工出不同的织构化结构，适用范围广。

上述的步骤(2)的刻划过程中，所述的硅(100)单晶片与多点接触板始终保持平行。

这样能够保证硅(100)单晶片上各加工点受力均匀，使得加工出的表面织构化结构均匀一致。

上述的设定的接触载荷F为1～600mN/微球。

这样的载荷值能够诱导硅(100)单晶片发生相应的物理化学变化，从而能在后续的KOH腐蚀中产生掩模作用，而有效地加工出相应的凸结构。