[发明专利]制作亚波长抗反射结构和亚波长抗反射结构压模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种制作亚波长抗反射结构的方法，特别是一种利用化学氧化还原反应制备的纳米金属粒子作为掩模来制作低反射率的亚波长抗反射结构的方法，涉及微纳光学领域。

背景技术

由于不同材料折射率之间的差异，导致入射光波在材料界面上发生反射。这将影响光学系统的性能，特别对高品质光显示、太阳能电池、电荷耦合器件等，必须尽量在广角宽光谱范围内减少表面反射。

通常的抗反射结构是蒸镀单层氟化镁介质，但其透过光谱宽度和角度范围受到限制。设计蒸镀多层光学膜，虽能改善系统性能，但其对镀膜工艺要求高，成品率低，且不同材料的热膨胀系数、湿度系数及弹性模量不同，都会导致光学膜抗反性能下降。由于亚波长纳米抗反结构具有宽波段和宽角度的优点，因而能够极大地提高光学器件抗反射性能。例如《A wide-angleantireflection surface for the visible spectrum》(nanotechnology，20，2009)在可见波段，同时入射角在0°到40°之间，抗反射结构的反射率达到0.45%；《Broadband and omnidirectional antireflection employing disordered GaNnanopillars》（Optics Express，16(12)，8784，2008）报道的在GaN基底表面制作亚波长结构，极大地提高了LED外量子效率。抗反射结构在平板显示，太阳能电池，光电耦合器件及发光二极管（LED）等光电器件中均有广泛应用。

目前在制作亚波长抗反射纳米结构方法上，主要有图形制作的光刻工艺、自组装技术，以及转移图形的刻蚀工艺。而制作纳米结构的光刻工艺如电子束光刻等，制作成本高，工艺周期长，制作面积有限，对于实现规模化等有一定困难；自组装技术虽然方法简单，但是目前只是在实验研究阶段，还有许多技术问题需要解决。在《Fabrication of Si nano-pillar array through Ninano-dot mask using inductively coupled plasma》（Thin Solid Films，475(2005)，41–44）《Plasma-etching fabrication and properties of black silicon by usingsputtered silver nanoparticles as micromasks》（thin solid films，2012）中提到了利用金属粒子作为干法刻蚀的掩模制作抗反射结构。但是这些方法都是用热蒸发，电子束蒸发或磁控溅射等镀金属的方法制作金属膜，这些设备制法成本太高，对于大规模的推广具有一定的限制。为此寻找一种制作成本低廉，工艺简单，并可大面积制作的工艺方法成为目前研究重点和热点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对上述现有技术不足，提出一种具有制作简单，成本低廉，可大面积制作的亚波长抗反射结构的工艺方法。

根据本发明的目的提出的一种亚波长抗反射结构的制作方法，包括步骤

a）利用化学氧化还原反应沉积金属层的方法，在单面抛光的基片上沉积一层金属层；

b）将沉积有金属层的基片进行快速退火处理，经过退火处理的金属层形成纳米金属粒子，该纳米金属粒子在所述基片表面呈随机分布，且纳米金属粒子之间的间隔处于亚波长范围；

c）以所述纳米金属粒子为掩模，对所述基片进行干法刻蚀，将将纳米金属粒子的分布图形转移到基片上，在基片上形成具有非周期性的亚波长光栅结构；

d）清洗掉纳米金属粒子并将基片清洗干净之后，获得所述亚波长抗反射结构。

优选的，所述化学氧化还原沉积金属层的方法为银镜反应，该银镜反应包括步骤：

以硝酸银：氢氧化钠：水=1:0.5:1000的质量比制备第一溶液；

对上述第一溶液滴上适量氢氧化氨溶剂，直至该第一溶液变清晰透明为止，形成第二溶液；

以葡萄糖：水=1:1000的质量比制备第三溶液；

将所述第二溶液和第三溶液按1：1比例混合进行反应，形成金属银沉积。

优选的，所述基片可以是硅片、石英片或者氮化镓片中的一种，当该基片为硅片时，还可以为p型或n型掺杂的硅片。

优选的，所述快速退火处理是在惰性气体环境快速高温加热到金属层的退火点温度，加热时间为1~2分钟。

优选的，所述纳米金属粒子的直径在30~300nm范围随机分布。