[发明专利]通过连续波激光辐照制备纳米多孔二氧化硅薄膜的方法及其设备

说明书

本发明涉及多孔二氧化硅薄膜的制备技术领域，具体来说是一种通过连续波激光辐照制备纳米多孔二氧化硅薄膜的方法及其设备，将富硅氧化硅薄膜固定于一设置在密闭的金属腔体内的移动平台上，所述的金属腔体在垂直于移动平台的运动方向的一侧设有石英窗口，使用聚焦透镜将连续波激光的激光光斑通过石英窗口聚焦至富硅氧化硅薄膜表面，并同时持续向金属腔体内通入氮气气流，通过控制移动平台的移动速度以获得不同密度的纳米孔洞，通过控制激光功率以获得不同孔隙的纳米孔洞。本发明同现有技术相比，其优点在于：能够尽可能避免使用造成环境污染的化学试剂，又能保证薄膜的洁净度；能够对纳米多孔二氧化硅薄膜的孔隙大小的均匀性进行精确控制。

技术领域

本发明涉及多孔二氧化硅薄膜的制备技术领域，具体来说是一种通过连续波激光辐照制备纳米多孔二氧化硅薄膜的方法及其设备。

背景技术

纳米多孔二氧化硅薄膜具有密度低、折射率可调、介电常数低、热稳定性高等特性，可应用于光学薄膜、介质材料、传感器、过滤器等领域。对纳米多孔二氧化硅的制备技术已成为当前国内外材料界的研究重点。常用溶胶-凝胶法、蒸发、溅射等方法制备纳米多孔二氧化硅薄膜，以溶胶-凝胶法为例，该方法由于成本低、重复性好等特点，已广泛应用于工业化生产中。但是，该方法一方面采用化学试剂，生产中废液回收会造成潜在的环境污染问题；另一方面，该方法在干燥过程中也可能存在薄膜开裂问题；此外，该方法不能对纳米孔隙大小的均匀性和薄膜的洁净度提供有效保障，限制了其在集成电路领域的应用。本发明专利将采用一种全新的方法，通过连续波激光器，对富硅氧化硅薄膜进行辐照以制备纳米多孔二氧化硅薄膜，既能对纳米多孔二氧化硅薄膜的孔隙大小的均匀性进行精确控制，又能保证薄膜的高洁净度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种通过连续波激光辐照制备纳米多孔二氧化硅薄膜的方法及其设备，对纳米多孔二氧化硅薄膜的孔隙大小的均匀性进行精确控制。

为了实现上述目的，设计一种通过连续波激光辐照制备纳米多孔二氧化硅薄膜的方法，将富硅氧化硅薄膜固定于一设置在密闭的金属腔体内的移动平台上，所述的金属腔体在垂直于移动平台的运动方向的一侧设有石英窗口，使用聚焦透镜将连续波激光的激光光斑通过石英窗口聚焦至富硅氧化硅薄膜表面，并同时持续向金属腔体内通入氮气气流，通过控制移动平台的移动速度以获得不同密度的纳米孔洞，通过控制激光功率以获得不同厚度的纳米孔洞。

本发明还具有如下优选的技术方案：

所述的方法还包括富硅氧化硅薄膜的制备步骤：步骤a.清洗熔融玻璃；步骤b.以熔融玻璃为衬底，沉积富硅氧化硅薄膜。

所述的步骤a具体包括：将熔融玻璃浸入异丙醇溶液中进行超声清洗。

所述的步骤a还包括：超声清洗完成后取出熔融玻璃，并用氮气吹干。

所述的步骤a采用的熔融玻璃的直径为20mm，厚度为2mm。

所述的步骤b具体包括：通过离子溅射法制备富硅氧化硅薄膜，以单晶硅作为靶材，以氩气作为溅射气体，以氧气作为反应气体，通过调节氧气的流量以制备不同氧含量的富硅氧化硅薄膜，通过控制溅射时间以调节富硅氧化硅薄膜的厚度。

所述的步骤b采用直径为40mm，厚度为2mm的单晶硅作为靶材，制备得到氧含量为75%、厚度为545nm的富硅氧化硅薄膜。

采用波长为405nm的连续波二极管激光器获得所述的连续波激光，通过10倍的聚焦透镜将激光光斑通过石英窗口聚焦至富硅氧化硅薄膜表面。

所述的激光功率的密度大于等于1.16∙10⁵ W/cm2