[发明专利]一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法

说明书

本发明属于激光表面改性技术领域，具体涉及一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法，至少包括如下步骤：采用纳秒脉冲紫外激光，在所用激光能量密度大于无机非金属材料刻蚀能量阈值的条件下，对无机非金属材料材料表面进行局域刻蚀改性，从而局部改变所述无机非金属材料表面的载流子浓度。相对于现有技术，本发明创造性地采用纳秒脉冲紫外激光，对无机非金属材料材料表面进行局域刻蚀改性，通过改变激光参数，使其表面的载流子浓度发生改变，这种改变最大可达多个数量级，而且可以实现连续改变。该方法简单、快捷，还适合三维材料表面载流子浓度的局域改变。

技术领域

本发明属于激光表面改性技术领域，具体涉及一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法。

背景技术

无机非金属材料，是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属通常含有离子键、共价键或/和混合键，因此其物质结构通常比金属材料复杂，也赋予了这类材料高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性，以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性等。

材料的导电性通常采用载流子浓度来衡量。载流子是电荷的载体（即电荷的运输者），是能够移动的荷电粒子。如金属导体材料的载流子浓度通常为10²²~10²³cm^-3数量级，绝缘材料（如无机非金属绝缘材料、有机高分子材料）的载流子浓度通常小于10⁶ cm^-3数量级。导电性介于绝缘材料和金属导体之间的，还有许多半导体材料，如单晶硅等。

目前，改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法通常包括溅射、离子注入、掺杂、化学镀等，这些技术通常都是整体改变无机非金属材料表面的载流子浓度；如果需要局域改变其载流子浓度，需要采用事先掩膜或后期的光刻-蚀刻等工艺，步骤多，流程长，而且难以实现对曲面三维材料表面载流子浓度的改变。

有鉴于此，本发明旨在提供一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法，其采用紫外激光，对无机非金属材料材料表面进行局域刻蚀改性，通过改变激光参数，使其表面的载流子浓度发生改变，这种改变最大可达多个数量级，而且可以实现连续改变。该方法简单、快捷，还适合三维材料表面载流子浓度的局域改变。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提出一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法，其采用紫外激光，对无机非金属材料材料表面进行局域刻蚀改性，通过改变激光参数，使其表面的载流子浓度发生改变，这种改变最大可达多个数量级，而且可以实现连续改变。该方法简单、快捷，还适合三维材料表面载流子浓度的局域改变。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种局域改变无机非金属材料表面载流子浓度的方法，至少包括如下步骤：

采用紫外激光，在所用激光能量密度大于无机非金属材料刻蚀能量阈值的条件下，对无机非金属材料材料表面进行局域刻蚀改性，从而局部改变所述无机非金属材料表面的载流子浓度。

其中，紫外激光的波长位于紫外光区域，具有波长短、材料吸收率高、光子能量高、热效应小等优点。紫外激光作用在材料表面时，材料吸收光子能量，有可能直接断开材料表面的化学键，这个过程在不产生“热损伤”和“热破坏”或在“热损伤”和“热破坏”较小的情况下，即可实现材料表面物质的去除、剥离或者改性，且对被加工区域的内部和周边材料不产生热影响或产生较小的热影响。本发明创造性地采用紫外激光对无机非金属材料表面进行局部刻蚀改性，进而改变材料表面的载流子浓度，从而改变材料的导电性能。

实践表明，采用本发明的方法不仅可以使无机非金属材料表面的载流子浓度发生改变，而且这种改变最大可达多个数量级，同时还可以实现连续改变。该方法简单、快捷、步骤少，还适合三维材料表面载流子浓度的局域改变。