微纳复合结构黑硅的制备及其近红外光谱特性

具有高效抗反射微结构的黑硅材料在光电领域具有重要的应用价值.采用两步金属辅助化学刻蚀法制备了"金字塔"硅和"金字塔—纳米线"微纳复合结构黑硅材料;依次采用场发射扫描电子显微镜,近红外光谱仪和拉曼光谱分别对样品的微观形貌,反射率和结构性质进行了表征;采用量子限制模型(QCM)解释了黑硅的拉曼光谱散射光强度明显增强的机制;并采用陷光模型及多层薄膜干涉理论分析了黑硅的微结构抗反射机制.结果表明,微纳复合结构黑硅材料在900～1700 nm波段内平均反射率为11.94％,与金字塔硅和抛光硅片相比,分别降低了77.32％,54.95％;通过拉曼光谱图分析,刻蚀前后其成分没有发生改变,依然是单晶硅片,黑硅表面的纳米尺度微结构提高了其拉曼光谱散射光强度;黑硅的反射率降低是由于入射光在微纳结构内部多次反射,以及微纳米结构之间建立了折射率渐变层减少了折射率突变带来的反射.研究结论对于提升功能材料在近红外波段激光吸收效率具有参考价值.