[发明专利]一种制备黑硅的方法及装置

权利要求书

1.一种制备黑硅的方法，其特征在于，包括：

将硅材料放置于密闭气体腔内，所述密闭气体腔的上方设有激光通光口，侧面分别设有真空抽气口、气体输入口和抽尘输出口；

经由真空抽气口将密闭气体腔内的空气抽出，并经由气体输入口向密闭气体腔内通入SF₆气体，同时启动抽尘补气循环；

采用1030nm或1064nm波长的红外超快激光器发射激光，所述激光聚焦于硅材料表面或上方并与硅材料和SF₆产生相互作用，在硅材料表面形成尖锥状微结构及非平衡S原子掺杂，其中，所述激光的脉宽小于12ps，光斑横向搭接率和光斑纵向搭接率均大于80％，激光重复频率不低于100kHz，光斑直径不小于100μm。

2.根据权利要求1所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，所述的光斑横向搭接率和光斑纵向搭接率依据光斑能量密度确定，光斑能量密度越高，光斑的横纵向搭接率越小，且光斑能量密度至少为1.3kJ/m²。

3.根据权利要求1所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，所述的光斑横向搭接率、光斑纵向搭接率、激光重复频率和光斑直径共同决定待加工硅片的蚀刻效率。

4.根据权利要求3所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，设定光斑横向搭接率l_x，光斑纵向搭接率l_y，激光重复频率f，光斑直径φ，对于长为x，宽为y的矩形区域，

激光以光斑横向搭接率l_x单次走完x的距离需要的时间为

t₀＝x/(φ+(f-1)*(1-l_x)*φ)

激光以光斑纵向搭接率l_y在宽为y的范围内需要进行扫描的次数为

n＝(y-φ)/((1-l_y)*φ)+1

则刻蚀完毕长为x，宽为y的矩形区域需要的总时间为

t_s＝t₀*n

则待加工硅片的蚀刻时间估算为t＝t_s*πr²/xy，其中r为待加工硅片的半径。

5.根据权利要求1所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，所述尖锥状微结构的高度为2～5μm。

6.根据权利要求1所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，所述黑硅在400nm-2000nm波段的吸收率大于93％。

7.根据权利要求1所述一种制备黑硅的方法，其特征在于，所述抽尘补气循环，用于将密闭气体腔内的气体从抽尘输出口抽出至抽气管道，然后过滤并经由气体输入口送回到密闭气体腔内，所述抽气管道与SF₆气体源连通。

8.一种制备黑硅的装置，其特征在于，包括激光器、整形聚焦装置、密闭气体腔和外循环装置，所述激光器发射的光经整形聚焦装置后射入密闭气体腔；所述密闭气体腔的上部设有激光通光口，侧面分别设有真空抽气口、气体输入口和抽尘输出口；所述外循环装置包括循环管道及设置在循环管道上的过滤器，所述循环管道的一端与抽尘输出口连通，另一端与气体输入口连通；所述循环管道上连接有SF₆气体源；所述激光器的波长为1030nm或1064nm，脉宽小于12ps，光斑横向搭接率和光斑纵向搭接率均大于80％，激光重复频率不低于100kHz，光斑直径不小于100μm。

9.根据权利要求8所述一种制备黑硅的装置，其特征在于，所述整形聚焦装置包括依次设置的扩束准直镜、第一反射镜、第二反射镜、振镜和场镜；所述第一反射镜、第二反射镜在竖直方向上平行设置。