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不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能

陈智利,  刘卫国

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陈智利, 刘卫国. 不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2490-2495.
引用本文: 陈智利, 刘卫国. 不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(9): 2490-2495.
shu
Chen Zhili, Liu Weiguo. Surface topography and optical properties of monocrystalline silicon induced by low energy different ion beam parameters[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(9): 2490-2495.
Citation: Chen Zhili, Liu Weiguo. Surface topography and optical properties of monocrystalline silicon induced by low energy different ion beam parameters[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(9): 2490-2495.
shu

不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能

  • 1.

    西安电子科技大学 微电子学院,陕西 西安 710064

基金项目: 

国防基础科研计划（A0920110016）;陕西省教育厅科学研究项目（12JK0469）;欧盟第七科技框架玛丽居里计划（247644）; 西安工业大学校长基金（XAGDXJJ1002）

详细信息
    作者简介:

    陈智利（1973-），男，博士生，主要从事微纳米制造技术方面的研究。Email：medichen@163.com；刘卫国（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光电子技术、电子材料的教学方面的研究。Email：wgliu@163.com

    陈智利（1973-），男，博士生，主要从事微纳米制造技术方面的研究。Email：medichen@163.com；刘卫国（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光电子技术、电子材料的教学方面的研究。Email：wgliu@163.com

  • 中图分类号: O484

Surface topography and optical properties of monocrystalline silicon induced by low energy different ion beam parameters

  • 1.

    Institute of Microelectronics,Xidian University,Xi'an 710064,China

  • 摘要: 使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+离子束正入射时不同离子束能量和束流密度对单晶硅（100）表面的刻蚀效果及光学性能。结果表明，当离子束能量为1 000 eV，束流密度为88~310 A/cm2时，样品表面出现自组装纳米点状结构，且随着离子束流密度增加排列紧密而有序；粗糙度呈现先减小后迅速增大的趋势，在160 A/cm2附近达到极小值；刻蚀后，近红外波段内平均透过率由53%提高到57%以上，且随着纳米自组装结构有序性的提高而增大。当束流密度为270 A/cm2，能量为500~1 500 eV时，样品表面出现纳米点状结构，且随着离子束能量的增加趋于密集有序；粗糙度呈现先缓慢增加，在1 100 eV附近达到极大值，之后粗糙度迅速下降；刻蚀后样品透过率明显提高，且平均透过率随着点状结构有序性的提高而增大；刻蚀速率与离子束能量的平方成正比。自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。
    Abstract: ECR was employed to etch the surface of monocrystalline silicon(100), etching effects and optical properties of low energy Ar+ ion beams with different ion energies and fluxes under normal ion incidence were studied. The experiment results indicate that, when ion flux density was 88-310 A/cm2 with ion beam energy of 1 000 eV, self-organizing nano dot structure appeared on the sample surface, orderly arrangement of the micro-structure was along with the increase in ion flux density; RMS decreased until the flux density was near 160 A/cm2, and then increased rapidly; The average transmittance of etched sample, within the range of near-infrared bands, was improved from 53% to more than 57%, which enlarged with the increase in orderliness of self-organizing nano-structure. When ion beam energy was 500-1 000 eV with ion flux density of 270 A/cm2, the tiny nano dot structure gradually formed, which tended to be concentrated and orderly with the increase of ion beam energy. If ion energy was going up below 1 100 eV, RMS slowly increased but rapidly reduced over the number. The transmittance of etched sample was sharply improved, with the increasing orderliness of self-organizing nano-structure. Etching rate was directly proportional to the square of ion flux energy. The pattern transformation of self-organizing nano-structure results from the interaction of spurting roughening and relaxation mechanism.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-10
  • 修回日期:  2013-02-17
  • 刊出日期:  2013-09-25

不同离子束参数诱导单晶硅纳米微结构与光学性能

  • 1. 西安电子科技大学 微电子学院,陕西 西安 710064
    • 作者简介:

    陈智利（1973-），男，博士生，主要从事微纳米制造技术方面的研究。Email：medichen@163.com；刘卫国（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光电子技术、电子材料的教学方面的研究。Email：wgliu@163.com

    陈智利（1973-），男，博士生，主要从事微纳米制造技术方面的研究。Email：medichen@163.com；刘卫国（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光电子技术、电子材料的教学方面的研究。Email：wgliu@163.com

  • 收稿日期: 2013-01-10
  • 修回日期: 2013-02-17
  • 刊出日期: 2013-09-25
基金项目:

国防基础科研计划（A0920110016）;陕西省教育厅科学研究项目（12JK0469）;欧盟第七科技框架玛丽居里计划（247644）; 西安工业大学校长基金（XAGDXJJ1002）

  • 中图分类号: O484

摘要: 使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+离子束正入射时不同离子束能量和束流密度对单晶硅（100）表面的刻蚀效果及光学性能。结果表明，当离子束能量为1 000 eV，束流密度为88~310 A/cm2时，样品表面出现自组装纳米点状结构，且随着离子束流密度增加排列紧密而有序；粗糙度呈现先减小后迅速增大的趋势，在160 A/cm2附近达到极小值；刻蚀后，近红外波段内平均透过率由53%提高到57%以上，且随着纳米自组装结构有序性的提高而增大。当束流密度为270 A/cm2，能量为500~1 500 eV时，样品表面出现纳米点状结构，且随着离子束能量的增加趋于密集有序；粗糙度呈现先缓慢增加，在1 100 eV附近达到极大值，之后粗糙度迅速下降；刻蚀后样品透过率明显提高，且平均透过率随着点状结构有序性的提高而增大；刻蚀速率与离子束能量的平方成正比。自组织纳米结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。

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