光束3的入射角为Θ 土 δ，0°〈Θ 土 δ彡89°，且0°〈 δ彡30°，其空间角为180°，三束光在同一平面内，且偏振态相同，使三光束干涉形成具有调制周期的条纹结构，完成第一次曝光后，使用旋转台转动一定角度或者使用位移台移动一定距离，进行第二次曝光，完成二次曝光后再重复上述动作，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拼接图形结构，旋转台每次旋转的角度为0° -90°，位移台移动的距离必须是结构中的任意一周期数的倍数，以实现两种或多种形状拼接结构的制备。
[0021]该多重周期的微纳复合结构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，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。调整反射镜改变干涉光束的入射角度和空间角，干涉光束的入射角可以相同，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；通过调节衰减器控制干涉光束的能量，其能量可以相同，也可以不同；通过调节干涉光束的偏振片改变光束的偏振态。以图2所示的四光束激光干涉光刻系统为例，由计算机4控制激光器5发出一束激光光束，经反射镜6、7和分光镜12、13、14进行分光，获得四束相干光，经若干个高反射镜调整聚焦于样品台23表面，四束光的入射角度由高反射镜8、9、10、11控制，四束光的能量通过偏振片15、16、17、18和波片19、20、21,22来控制，样品台23下面安装有二维微位移平台24，用于控制干涉图案的拼接。
[0022]上述的两种方法都不需要光刻胶和掩膜的辅助，具有灵活性、成本低的优点。根据获得的多重周期微纳复合结构的参数，包括结构的周期、单元结构的尺寸，结构的深度等参数，选择磁控溅射、MBE、蒸镀(合金法、扩散法、外延法、离子注入)等技术中的一种或者两种技术，通过空位掺入、填隙掺入或替位掺入的方式将与基质极性相反的杂质掺入多重周期的微纳复合结构的空隙中，从而获得具较大有效感光面积的P-N节器件。
[0023]实施例1
[0024]利用三光束激光干涉系统光路，激光波长为1.064 μ m，每束光的能量密度为0.64J/cm2，脉宽为6ns，三束激光的入射方式如图1所示，光束I和光束2的入射角均为V，光束3的入射角为14°，光束I的空间角为0°，光束2和光束3的空间角为180°，三束光的偏振态相同，在抛光的单晶硅表面曝光10s，完成第一次曝光后，通过旋转台，顺时针旋转90°，进行第二次曝光，曝光时间为8s，获得如图3的正方形复合结构，正方形的边长为4.4 μ m，结构深度为0.2-lum，调制周期为8.7 μ m，材料的表面面积增加15%。
[0025]实施例2
[0026]四光束激光干涉系统光路如图2所示，激光波长为1.064 μ m，每束光的能量密度为0.64J/cm2，脉宽为6ns，四光束的入射角度均为8°，四光束的空间角分别为0° ,90° , 180° ,270°，在抛光单晶硅材料表面曝光时间为5s，获得如图4所示的点阵结构，结构类似凸起的半球形，其周期为4 μ m，单个凸起的尺寸为2-2.5 μ m，结构深度为0.1-0.32 μ m，材料的表面积增加30%。
[0027]总之，本发明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，在二维单位平面面积内增加三维的光接触面，根据微纳复合结构的最大周期值，最小周期值，结构深度，单位结构尺寸等参数，利用磁控溅射、MBE、蒸镀(合金法、扩散法、外延法、离子注入)等技术，通过空位掺入、填隙掺入或替位掺入的方式将与基质极性相反的杂质掺入多重周期的微纳复合结构的空隙中，从而获得具有较大有效感光面积的P-N节器件，其有效感光面积可以增加10-70%。
[0028]提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
【主权项】
1.一种增大光电材料有效感光面积的制备方法，其特征在于: 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 <89°，同时，第一束光的空间角分别为O。，第二束光的空间角为180°，第三束光的入射角为Θ 土 δ，其中0°〈Θ 土 δ <89°，且0° < δ <30°，第三束光的空间角为0°或者180°，即三束光在同一平面内。
2.根据权利要求1所述的增大光电材料有效感光面积的制备方法，其特征在于: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0° -90°，每束光的空间角为0° -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。
3.根据权利要求1所述的增大光电材料有效感光面积的制备方法，其特征在于: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，。
4.根据权利要求1所述的增大光电材料有效感光面积的制备方法，其特征在于: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_5umo
5.根据权利要求1所述的增大光电材料有效感光面积的制备方法，其特征在于: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、六边柱形或圆柱形中的任意一种单一形状的结构，也可以是上述两种或多种形状拼接的结构。
【专利摘要】本发明公开了一种增大光电材料有效感光面积的制备方法，是利用具有调制性的三光束激光干涉光刻在基质材料或者感光材料表面，通过多角度叠加曝光或者移动距离叠加曝光的方式获得不同形状结构的多重周期微纳复合结构制备，也可以利用具有调制性的多光束激光干涉光刻在材料表面，直接制备多重周期微纳复合结构，实现在二维单位平面内增大三维的有效感光面积的方法。
【IPC分类】G03F7-20, B23K26-064, B23K26-00
【公开号】CN104708196
【申请号】CN201510030088
【发明人】王作斌, 董莉彤, 曹亮, 于淼, 胡尧威, 徐佳, 宋正勋, 翁占坤
【申请人】长春理工大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年1月21日