基于激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法与流程

本发明属于纳米结构研究技术领域，具体涉及一种基于激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法。

背景技术：

纳米结构的硅基材料是以硅材料为基础发展起来的新型材料，在MEMS(微机电系统)领域内发挥着越来越重要的作用。随着MEMS(微机电系统)的不断发展和完善，这些微型器件上所要求的硅基表面形态也变的越来越复杂和多样化。

目前已经能够在纳米结构的硅基材料上成型出硅基表面形态，但该技术还不太成熟，主要表现在如何去控制硅基表面形态。对于改变纳米结构硅基材料上的硅基表面形态，目前比较通用的是美国的湿法刻蚀技术。该技术是通过反复的湿法刻蚀，从而实现控制纳米结构硅基表面形态。该技术的缺陷在于第一次刻蚀出来的硅基表面形态会影响第二次刻蚀的表面形态，使第二次刻蚀的硅基表面形态出现失真，这样的硅基表面形态显然不是很理想。

技术实现要素：

基于上述现有技术存在的缺陷，本发明将提出一种基于激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法。

本发明采取如下技术方案：

第一技术方案：

激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法，具体可按如下步骤：

步骤一、分别用不同导热率的材料接触纳米结构的硅基板；

步骤二、激光照射纳米结构的硅基板表面；

步骤三、可以在AFM(原子力显微镜)下观察硅基表面形态，并且测量硅基表面相应凸起的长径比。

步骤四、总结硅基表面形态的变化规律。

优选的，不同导热率的材料选用：绝热材料、同种材料、导热材料。

优选的，绝热材料选用石棉、同种材料选用硅、导热材料选用铝。

第二技术方案：激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法，其按如下步骤：

步骤一,用不同导热率的材料接触纳米结构的硅基板四周；

步骤二,激光对纳米结构的硅基板进行照射；

步骤三,关闭激光，观察激光照射后的硅基板；例如，将激光照射后的硅基板放在AFM(原子力显微镜)下进行观察。

步骤四,测量硅基板的表面形态。例如，通过AFM(原子力显微镜)测量改变后的硅基表面形态。

优选的，不同导热率的材料选用：绝热材料、同种材料、导热材料。

优选的，绝热材料为石棉，同种材料为硅，导热材料为铝。

优选的，步骤一，用绝热材料、导热材料和绝热材料接触硅基板的左右面，用绝热材料、同种材料、绝热材料去接触硅基板前后面。

优选的，步骤二，激光的功率P＝75mW,激光照射时间t＝10s。

优选的，步骤三，硅基表面形态呈现棱锥形。例如，在AFM(原子力显微镜)下观察，硅基表面形态呈现棱锥形。

优选的，步骤四，硅基表面最大直径D与最短直径W的比值是0.74，最大高度H＝950nm。

本发明基于激光控制纳米结构硅基表面形态的研究方法，与现有技术相比，本发明具有如下特点：

其一，通过接触材料的导热率来改变纳米结构硅基表面形态。

其二，用激光对纳米结构硅基板进行照射，清洁、环保、不产生任何污染。

其三，改变纳米结构硅基表面形态所需的时间短，效率高。

附图说明

图1A-1C是不同导热率材料接触下硅基表面形态的简易尺寸示意图。

图2是接触材料的导热率与硅基表面形态长径比的关系示意图。

图3是硅基板四周接触不同导热率材料的分布示意图。

图4是改变后的棱锥形硅基表面形态示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能更加的明显易懂，下面将结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。需要说明是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精确的比例，仅用以方便、明确的说明本发明实施例的目的。下面对本发明优选实施例作详细说明：

实验开始时，首先用不同导热率的材料去接触硅基板的右平面，然后用激光照射纳米结构硅基板表面10秒，通过对比不同导热率的接触材料，来总结硅基表面形态的变化规律。具体涉及到的实验方案如下：

实施例1

用石棉(绝热材料)去接触纳米结构硅基板的右平面，石棉的导热率k₁＝0W/m-K。然后将激光的功率调到P＝75mW,对硅基材料的表面照射10秒。激光照射完毕后，将硅基板放在光学放大仪器下进行观察。观察的结果是硅基板的中央有一块凸起的硅基表面形态，测量出相应的高度H＝900nm和最大直径D＝5.15um，相应的长径比为0.175，如图1A所示。

实施例2

用硅(同种材料)去接触纳米结构硅基板的右平面，硅的导热率k₂＝150W/m-K。重复上述操作，测量出相应的高度H＝900nm和最大直径D＝6.00um，相应的长径比为0.150，如图1B所示。

实施例3

用铝(导热材料)去接触纳米结构硅基板的右平面，铝的导热率k₃＝200W/m-K。重复上述操作，测量出相应的高度H＝900nm和最大直径D＝6.85um,相应的长径比为0.131，如图1C所示。

由上述实施例可以看出，当接触材料的导热率逐渐上升时(石棉的导热率最低，硅的导热率中等，铝的导热率最高)，硅基表面形态的最大高度将不发生任何变化，最大直径D越来越大。根据长径比为最大高度H/最大直径D可以得到，硅基表面形态的长径比越来越小。

以上是通过铝、硅、石棉来接触硅基板，从而来研究硅基表面形态的长径比。通过以上的实验可以发现，接触材料的导热率越大，硅基表面形态的最大直径D越大，相应的长径比越小。

实验还可以用更多不同导热率的材料来研究硅基表面形态的长径比，在此不做详细叙述，最终绘制的接触材料导热率与硅基表面形态长径比的关系图如图2所示。

利用上述的实验规律可以实现硅基表面形态的改变。具体的实验操作如下：

本次实验还是用石棉、硅、铝三种不同导热率的材料去接触激光照射下的硅基材料四周。为了方便实验的叙述，首先需要将硅基材料抽象成一个长方体，六个面分别标记为前面、后面、左面、右面、上面、下面。材料的接触方式如图3所示，左右二个面用石棉、铝、石棉进行等间距接触，前后二个面用石棉、铝、石棉进行等间距接触。实验操作步骤具体如下：

步骤一：按图3的接触方式，用不同导热率的材料去接触硅基板的四周。

步骤二；将激光的功率调到P＝75mW,用激光对硅基板照射10秒钟。

步骤三；关闭激光，然后将激光照射后的硅基材料放在AFM(原子力显微镜)下进行观察，得到如图4所示的硅基表面形态。

步骤四；通过AFM(原子力显微镜)测量改变后的硅基表面形态，其最大直径D与最短直径W的比值是0.74，最大高度H＝950nm。

最大直径D与最短直径W的比值0.74大致等于硅的导热率k₂与铝的导热率k₃比值0.75，说明周围材料的导热率影响着硅基板表面的硅基表面形态。

本次实验基本实现了硅基表面形态改变，改变后的硅基表面形态在尺寸和形貌上大致接近于棱锥形。通过搭配不同导热率的材料可以改变硅基表面形态，不仅可以使硅基表面形态呈现棱锥形态，其它形状也可以，本发明在此不做详细阐述。

以上实施例和参照附图，都是为了对本发明进行详尽说明而做的简化示意图。本领域的技术人员通过对上述例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质情况下，都落入本发明的保护范围之内。