基于激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法與流程

本發明屬于納米結構研究技術領域，具體涉及一種基于激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法。

背景技術：

納米結構的硅基材料是以硅材料為基礎發展起來的新型材料，在MEMS(微機電系統)領域內發揮著越來越重要的作用。隨著MEMS(微機電系統)的不斷發展和完善，這些微型器件上所要求的硅基表面形態也變的越來越復雜和多樣化。

目前已經能夠在納米結構的硅基材料上成型出硅基表面形態，但該技術還不太成熟，主要表現在如何去控制硅基表面形態。對于改變納米結構硅基材料上的硅基表面形態，目前比較通用的是美國的濕法刻蝕技術。該技術是通過反復的濕法刻蝕，從而實現控制納米結構硅基表面形態。該技術的缺陷在于第一次刻蝕出來的硅基表面形態會影響第二次刻蝕的表面形態，使第二次刻蝕的硅基表面形態出現失真，這樣的硅基表面形態顯然不是很理想。

技術實現要素：

基于上述現有技術存在的缺陷，本發明將提出一種基于激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法。

本發明采取如下技術方案：

第一技術方案：

激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法，具體可按如下步驟：

步驟一、分別用不同導熱率的材料接觸納米結構的硅基板；

步驟二、激光照射納米結構的硅基板表面；

步驟三、可以在AFM(原子力顯微鏡)下觀察硅基表面形態，并且測量硅基表面相應凸起的長徑比。

步驟四、總結硅基表面形態的變化規律。

優選的，不同導熱率的材料選用：絕熱材料、同種材料、導熱材料。

優選的，絕熱材料選用石棉、同種材料選用硅、導熱材料選用鋁。

第二技術方案：激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法，其按如下步驟：

步驟一,用不同導熱率的材料接觸納米結構的硅基板四周；

步驟二,激光對納米結構的硅基板進行照射；

步驟三,關閉激光，觀察激光照射后的硅基板；例如，將激光照射后的硅基板放在AFM(原子力顯微鏡)下進行觀察。

步驟四,測量硅基板的表面形態。例如，通過AFM(原子力顯微鏡)測量改變后的硅基表面形態。

優選的，不同導熱率的材料選用：絕熱材料、同種材料、導熱材料。

優選的，絕熱材料為石棉，同種材料為硅，導熱材料為鋁。

優選的，步驟一，用絕熱材料、導熱材料和絕熱材料接觸硅基板的左右面，用絕熱材料、同種材料、絕熱材料去接觸硅基板前后面。

優選的，步驟二，激光的功率P＝75mW,激光照射時間t＝10s。

優選的，步驟三，硅基表面形態呈現棱錐形。例如，在AFM(原子力顯微鏡)下觀察，硅基表面形態呈現棱錐形。

優選的，步驟四，硅基表面最大直徑D與最短直徑W的比值是0.74，最大高度H＝950nm。

本發明基于激光控制納米結構硅基表面形態的研究方法，與現有技術相比，本發明具有如下特點：

其一，通過接觸材料的導熱率來改變納米結構硅基表面形態。

其二，用激光對納米結構硅基板進行照射，清潔、環保、不產生任何污染。

其三，改變納米結構硅基表面形態所需的時間短，效率高。

附圖說明

圖1A-1C是不同導熱率材料接觸下硅基表面形態的簡易尺寸示意圖。

圖2是接觸材料的導熱率與硅基表面形態長徑比的關系示意圖。

圖3是硅基板四周接觸不同導熱率材料的分布示意圖。

圖4是改變后的棱錐形硅基表面形態示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、特征和優點能更加的明顯易懂，下面將結合附圖對本發明的具體實施例做詳細說明。需要說明是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精確的比例，僅用以方便、明確的說明本發明實施例的目的。下面對本發明優選實施例作詳細說明：

實驗開始時，首先用不同導熱率的材料去接觸硅基板的右平面，然后用激光照射納米結構硅基板表面10秒，通過對比不同導熱率的接觸材料，來總結硅基表面形態的變化規律。具體涉及到的實驗方案如下：

實施例1

用石棉(絕熱材料)去接觸納米結構硅基板的右平面，石棉的導熱率k₁＝0W/m-K。然后將激光的功率調到P＝75mW,對硅基材料的表面照射10秒。激光照射完畢后，將硅基板放在光學放大儀器下進行觀察。觀察的結果是硅基板的中央有一塊凸起的硅基表面形態，測量出相應的高度H＝900nm和最大直徑D＝5.15um，相應的長徑比為0.175，如圖1A所示。

實施例2

用硅(同種材料)去接觸納米結構硅基板的右平面，硅的導熱率k₂＝150W/m-K。重復上述操作，測量出相應的高度H＝900nm和最大直徑D＝6.00um，相應的長徑比為0.150，如圖1B所示。

實施例3

用鋁(導熱材料)去接觸納米結構硅基板的右平面，鋁的導熱率k₃＝200W/m-K。重復上述操作，測量出相應的高度H＝900nm和最大直徑D＝6.85um,相應的長徑比為0.131，如圖1C所示。

由上述實施例可以看出，當接觸材料的導熱率逐漸上升時(石棉的導熱率最低，硅的導熱率中等，鋁的導熱率最高)，硅基表面形態的最大高度將不發生任何變化，最大直徑D越來越大。根據長徑比為最大高度H/最大直徑D可以得到，硅基表面形態的長徑比越來越小。

以上是通過鋁、硅、石棉來接觸硅基板，從而來研究硅基表面形態的長徑比。通過以上的實驗可以發現，接觸材料的導熱率越大，硅基表面形態的最大直徑D越大，相應的長徑比越小。

實驗還可以用更多不同導熱率的材料來研究硅基表面形態的長徑比，在此不做詳細敘述，最終繪制的接觸材料導熱率與硅基表面形態長徑比的關系圖如圖2所示。

利用上述的實驗規律可以實現硅基表面形態的改變。具體的實驗操作如下：

本次實驗還是用石棉、硅、鋁三種不同導熱率的材料去接觸激光照射下的硅基材料四周。為了方便實驗的敘述，首先需要將硅基材料抽象成一個長方體，六個面分別標記為前面、后面、左面、右面、上面、下面。材料的接觸方式如圖3所示，左右二個面用石棉、鋁、石棉進行等間距接觸，前后二個面用石棉、鋁、石棉進行等間距接觸。實驗操作步驟具體如下：

步驟一：按圖3的接觸方式，用不同導熱率的材料去接觸硅基板的四周。

步驟二；將激光的功率調到P＝75mW,用激光對硅基板照射10秒鐘。

步驟三；關閉激光，然后將激光照射后的硅基材料放在AFM(原子力顯微鏡)下進行觀察，得到如圖4所示的硅基表面形態。

步驟四；通過AFM(原子力顯微鏡)測量改變后的硅基表面形態，其最大直徑D與最短直徑W的比值是0.74，最大高度H＝950nm。

最大直徑D與最短直徑W的比值0.74大致等于硅的導熱率k₂與鋁的導熱率k₃比值0.75，說明周圍材料的導熱率影響著硅基板表面的硅基表面形態。

本次實驗基本實現了硅基表面形態改變，改變后的硅基表面形態在尺寸和形貌上大致接近于棱錐形。通過搭配不同導熱率的材料可以改變硅基表面形態，不僅可以使硅基表面形態呈現棱錐形態，其它形狀也可以，本發明在此不做詳細闡述。

以上實施例和參照附圖，都是為了對本發明進行詳盡說明而做的簡化示意圖。本領域的技術人員通過對上述例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本發明的實質情況下，都落入本發明的保護范圍之內。