激光诱导周期结构中薄膜厚度对非晶硅薄膜的影响

自 1947 年 12 月贝尔实验室的科学家发明世界上第一个晶体管以来，微电子技术的一场革命深刻地影响了全世界的生活方式。随着电子产品变得越来越小，找到一种简单、快速、低成本的方法来制造微纳米元件是一个挑战。传统的直写制造方法，如机械划线、聚焦离子束蚀刻、电子束光刻、多光子聚合和热扫描探针蚀刻，效率低下。

虽然纳米压印、光刻、等离子蚀刻和扫描激光干涉蚀刻等方法可以有效提高加工速度，但它们通常需要制作掩模等多个工艺步骤或需要非常恶劣的工作环境并依赖特殊材料。

利用飞秒激光诱导表面自组织周期结构来制造纳米光栅结构引起了人们的关注。激光诱导周期性表面结构(LIPSS)利用入射光与表面电磁波之间的干涉来蚀刻材料，因此具有较高的加工精度。而且，与传统的激光干涉加工方法相比，自组织加工方法实验装置简单，大光斑扫描使其加工速度很快。

中国西湖大学邱敏教授领导的研究人员在LIPSS方面拥有丰富的研究经验。他们最近发现，当在薄的a-Si薄膜表面感应出周期性光栅时，光栅的周期会受到不同来源电磁波的入射光干涉的影响。他们的论文“激光诱导周期性结构对非晶硅薄膜的薄膜厚度的影响”已发表在《光电子学前沿》上。

当非晶硅薄膜厚度较小(50 nm)且衬底为非硅材料时，在平板波导模式的主导下会引发小周期的LIPSS。在这种情况下，当基板材料改变(折射率改变)时，LIPSS的周期也会改变。当非晶硅薄膜厚度较大(200 nm)时，入射光与准柱面波发生干涉，在近场和远场的共同作用下诱导LIPSS的生长。该模式下 LIPSS 的周期略小于激光波长，并且与基底材料无关。基于有限差分时域方法的数值模拟支持了实验发现。