(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210885406.7 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 曹思琪　韩冰　刘燕峰　卢奕扬　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 岑丹 (51)Int.Cl. B23K 26/352(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种调控纳秒激光诱导半导体表面周期性 结构的方法 (57)摘要 本发明提出了一种简单的调控多脉冲纳秒 激光诱导半导体表面周 期性结构的方法， 包括： 紫外纳秒激光直接垂直入射到单面抛光的半导 体材料表面， 在表面形成小周 期的纳米结构， 所 述周期性结构的方向可以通过改变入射激光的 偏振方向来调控， 所述周期性结构的大小和深度 可以通过改变入射激光的能量密度、 脉冲个数和 环境介质来调控。 通过本发明在半导体表面制得 的纳米结构满足工业大规模表面加工所需的低 成本的要求， 并且可 以改变材料的光学特性、 摩 擦特性和润湿特性 等。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115156719 A 2022.10.11 CN 115156719 A 1.一种调控纳秒激光 诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特 征在于， 具体步骤为： 对半导体材料进行预处理， 具体为： 利用丙酮溶液去 除单面抛光的半导体材料表面的 油脂， 并利用超声 波清洗机对半导体材 料进行深层清洁； 将介质和半导体通过透镜安装座整合到一起， 且半导体抛光面与介质接触， 由纳秒激 光器发出的紫外脉冲激光依次经过半波片1、 偏振分光棱镜、 半波片2、 凸透镜、 凹透镜、 介 质， 垂直入射到半导体材 料表面； 纳秒激光器发送设定脉冲个数的紫外脉冲激光， 在半导体抛光 面形成LIPSS。 2.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 入射激光 为线偏振光， 脉宽为5ns～10ns。 3.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 入射激光 为紫外波， 波长为3 50nm～360nm。 4.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 所述介质为 不与半导体材 料发生化学反应的液体或气体。 5.根据权利要求1或4所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征 在于， 所述介质为空气或者水。 6.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 所述凸透 镜的焦距为f1＝50mm， 凹透镜的焦距为f2＝‑25mm。 7.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 当介质为空气时， 所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.69～0.90倍， 对应脉冲 个数为N＝40～100； 或所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.52～0.90倍， 对应脉 冲个数为 N＝150～250。 8.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 当介质为水时， 所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.84倍， 对应脉冲个数为N ＝15； 或所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.72～0.84倍， 对应脉冲个数N＝20～ 50； 或所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.61～0.84倍， 对应脉冲个数为N＝100 ～200； 或所述激光脉冲能量密度的范围为熔融阈值的0.72～0.86倍， 对应脉冲个数为N＝ 300～400。 9.根据权利要求1所述的调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 其特征在 于， 所述半导体为单晶锗， 晶向为<P10 0>。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115156719 A 2一种调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及半导体材料表面周期性结构制备及调控技术， 具体为一种调控纳秒激 光诱导半导体表面周期性结构的方法。 背景技术 [0002]激光诱导表面周期性结构(laser ‑inducedperiodic  surface structures， LIPSS)是由激光辐射诱导的、 在材料表 面产生的一种周期性条 纹结构， 也被称为波纹。 产生 的周期性结构能够改变材料的光学、 机械和化学特性， 且在表面功能化领域有广泛的应用， 包括润湿性能控制和摩擦性能改善等。 这种周期性结构的基本单元的尺寸为微米或纳米量 级， 其形成方式包括自下而上的生长和自上而下的刻蚀两种。 LIPSS是一种普遍的物理现 象， 可以在各种固体材料表面产生， 例如在专利DE102005043495A1、 US020060173421A1， 文 献中“Borowiec A,Haugen  H K.Subwavelength  ripple formation  on the surfaces  of  compound  semiconductors  irradiated  with femtosecond  laser pulses[J].Applied   Physics Letters,2003,82(25):4462 ‑4464.”、“Xing Y,Deng J,Lian Y,et al.Multiple   nanoscale  parallel  grooves formed on Si3N4/TiC  ceramic by femtosecond  pulsed  laser[J].Applied  Surface Science,2 014,289(JAN.15):62 ‑71.”中所述的金属、 电介质、 半导体和陶瓷等。 一般来说， LIPSS的形成会受到辐照条件、 环 境条件和材料状态的影 响。 辐 照条件包括激光能量、 激光脉冲数、 偏振状态、 入射角等； 典型的环境条件包括空气、 真空、 水、 高折射率液体和其他可以改变界面周围性质的因素。 根据作用光源和作用材料的不同， 所产生的LIPSS也对应于不同的形成机理， 包括广义的散射和干涉模 型(Sipe模 型)、 毛细管 波模型、 表面等离子体激元(surface  plasmon polariton， SPP)模型和自组织模型等。 但 是， 迄今尚未有一种理论能够有效解释L IPSS的所有特 征。 [0003]随着超短脉冲激光 的快速发展， 针对半导体材料硅和锗制备LIPSS的光源多为飞 秒激光和皮秒激光， 但这些激光的设备成本高昂、 操作方法复杂， 并不适合大规模的加工生 产。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提出了一种调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的方法， 解决了现有技 术调控半导体表面周期性结构成本昂贵、 步骤复杂的问题。 [0005]实现本发明目的的技术方案为： 一种调控纳秒激光诱导半导体表面周期性结构的 方法， 具体步骤为： [0006]对半导体材料进行预处理， 具体为： 利用丙酮溶液去除单面抛光的半导体材料表 面的油脂， 并利用超声 波清洗机对半导体材 料进行深层清洁； [0007]将介质和 半导体通过透镜安装座整合到一起， 且半导体抛光面与介质接触， 由纳 秒激光器发出的紫外脉冲激光依次经过半波片1、 偏振分光棱镜、 半波片2、 凸透镜、 凹透镜、 介质， 垂直入射到半导体材 料表面；说　明　书 1/4 页 3 CN 115156719 A 3