一种增大光电材料有效感光面积的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种增大光电材料有效感光面积的制备方法，具体涉及一种制作高效、低成本的增大有效感光面积的多周期微纳复合结构的制备，可应用于如太阳能电池、LED等半导体器件中，也为制造新器件、新材料提供一种先进的制备技术。
【背景技术】
[0002]在上世纪末至今，新型高性能材料、器件与系统的进步一直依赖于微纳制造技术的发展。随着纳米制造技术研宄的不断深入，微纳米多尺度复合结构制造已成为一个当前亟待解决的关键问题。近年来，昆虫复眼表面复合微纳结构的超疏水自清洁特性和宽谱广角增透性能引起了科学界和工业界的广泛关注。这是发现荷叶表面具有微纳米尺度混合的双重结构外，又一类具有特殊功能的微纳双重结构。该结构具有的两种典型特性，使得它在工业生产、生物技术、国防、新能源和新器件等方面具有广泛的潜在应用。过去的十几年里，人们发展了多种具有超疏水结构的制备技术和方法，如纳米颗粒法、溶胶凝胶法、化学沉积法、模板法和刻蚀法等。随着对超疏水结构及机制的深入研宄，发现仍有许多关键问题需要进一步探讨，如老化、稳定性和制备成本等问题。这些问题的存在导致其在大规模产业化应用上受到限制。如刻蚀法属于“自上而下”的制备技术，在制备抗老化和稳定性好的超疏水结构方面存在优势，但这些刻蚀法大都局限于平面单一特征尺寸的制备技术，不适合复合微纳表面结构制备，且工艺复杂不能满足大规模生产和商业化的需要。从根本上讲，当前制约其广泛应用的重要因素之一是缺少低成本高效多尺度复合微纳制造技术与工具。
[0003]同时，通过各种技术制造功能性微纳结构材料一直是研宄人员关注的焦点，发展了多种制备复合微纳表面结构的技术和方法，如投影光刻、电子束光刻、离子束光刻、纳米压印、纳米颗粒法、溶胶凝胶法、化学沉积法、模板法和刻蚀法等。这些技术和方法或采用耗时的顺序工作方式，对于多周期混合结构的加工速度非常慢，不适合批量生产；或使用条件严格，图案形状相对固定；或存在环境问题，结构参数不易控制，均匀性差等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于弥补现有技术和方法的不足，提出一种可以显著增大光电转换材料或者元件有效感光面积，从而提高光电转换效率，且成本较低的光电材料制备技术。
[0005]本发明技术解决方案，一种增大光电材料有效感光面积的制备方法，利用具有调制性的激光干涉光刻技术在基质材料或者感光材料表面直接制备多重周期的微纳复合结构，用于在二维单位平面面积内增加三维的光接触面积；所述多重周期的微纳复合结构通过具有调制性的三光束激光干涉光刻的多角度多次曝光叠加直接获得，第一束光与第二束光的入射角均为θ，0°〈Θ彡89°，同时，第一束光的空间角分别为0°，第二束光的空间角为180°，第三束光的入射角为Θ 土 δ，0°〈Θ 土 δ彡89°，且0° <δ彡30°，第三束光的空间角为0°或者180°，即三束光在同一平面内。
[0006]所述多重周期的微纳复合结构通过具有调制性的四、五、六光束激光干涉光刻的多次曝光直接获得，光束的入射角度为O° -90°，每束光的空间角为O° -360°，激光器单次曝光时长为5-15ns，单束激光的能量密度:0.1-lJ/cm2。
[0007]所述的具有调制性的三光束激光干涉光刻中每次叠加曝光的旋转角度为0° -90°，旋转精度为I’。
[0008]所述微纳复合结构的多重周期范围为50nm-10um，单元结构的尺寸为50nm_5um，结构深度为50nm-5um。
[0009]所述多重周期的微纳复合结构是条纹形、锥形、楔形、金字塔形、倒金字塔形、半球形、六边柱形、圆柱形中的任意一种单一形状的结构，也可以是两种或多种形状拼接的结构。
[0010]本发明原理:本发明的这种多重周期的微纳复合结构可以通过具有调制性的三光束激光干涉光刻的多角度叠加曝光直接获得，也可以通过具有调制性的四、五、六光束激光干涉光刻的多次曝光直接获得。其中，三光束激光干涉光刻叠加曝光是指完成第一次曝光后，通过旋转台和位移台使样品转动一定角度或者挪动一定距离后进行第二次曝光，完成二次曝光后再移动一定角度或者距离后进行第三次曝光，以此类推，可以进行两次曝光叠加或者多次曝光叠加得到需要的图形结构，每次旋转的角度为0° -90°，此外干涉光束的入射角度可以相同，也可以不同，相邻干涉光束之间的空间角度可以相同，也可以不同，每束干涉光的能量可以相同，也可以不同。通过这种方式获得的微纳复合结构可以是锥形、楔形、金字塔形、倒金字塔形、半圆形、六边柱形、圆柱形中的任意一种单一形状的结构，也可以是两种或多种形状拼接的结构。
[0011]本发明与现有技术相比:
[0012](I)现有的激光干涉光刻技术由于其自身的干涉特点所限，只能制备出单一形状的结构。本发明利用了光束干涉时常常发生调制的现象，实现了多周期微纳复合结构的制备，同时，本发明不仅可以通过制备单一形状结构实现在二维单位平面面积内增加三维的光子作用接触面，还可以通过调节干涉参数，利用多角度多次曝光和移动多次曝光等方法，实现不同形状拼接的大面积多周期微纳复合结构的制备。
[0013](2)本发明通过在二维单位平面面积内增加三维的光接触面来提高半导体器件与光子作用的接触面积，从而提高器件的光电转换效率。另外，还具有成本较低，操作容易等优点，是未来产业化微纳结构制备的首选技术。
【附图说明】
[0014]图1所示为具有调制性的三光束激光干涉光路图；
[0015]图2所示为四光束激光干涉光路图，其中4为控制计算机，5为激光器，6、7、8、9、10、11为高反射镜，12、13、14为1/2反光镜，15、16、17、18为1/2波片，19、20、21、22为偏振片，23为旋转台，24为二维微位移平台；
[0016]图3所不为娃材料表面多周期微纳复合结构SEM扫描图。
[0017]图4所示为本发明获得的点阵结构图。
【具体实施方式】
[0018]利用具有调制性的激光干涉光刻技术在基质材料或者感光材料表面制备出多重周期的微纳复合结构，其方法可以是具有调制性的三光束激光干涉光刻的多角度多次曝光叠加直接获得，也可以是具有调制性的四、五、六光束激光干涉光刻的多次曝光直接获得。
[0019]激光干涉光刻系统包括激光器、分光镜、高反射镜、波片、偏振片、旋转样品台、二维微位移平台及相关的金属支架等，激光光束由激光器发出后由分光镜进行分光，经反射镜、波片和偏振片会聚于样品台中心。
[0020]如图1所示，在三光束激光干涉光刻中，设置光束I和光束2的入射角为Θ，0° < Θ <89°，光束I的空间角分别为0°，光束2的空间角为180°，