为了制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的黑硅材料,在SF6气体氛围中,用一定能量密度的飞秒脉冲激光照射单晶硅片表面。针对激光通量和激光峰值功率这两个参量分别进行实验,具体分析了15 fs和130 fs脉冲宽度的飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的形成,不同实验条件下制备出的硅微纳结构也有明显的差异。研究表明,在同一背景气体下,激光的峰值功率对硅表面微结构的形成起着决定性的作用。

飞秒激光制备的微纳结构硅材料由于其在可见光和近红外波段都有很高的吸收而在硅基光电、光电探测器以及超疏水设备等方面都具有重要应用。然而,其高宽谱高效吸收特性的机理从没有被准确量化,这在很大程度上限制了这类材料的进一步发展与应用。通过实验,量化了飞秒激光制备的微纳结构硅的不同吸收影响因素,包括硅衬底的掺杂以及在激光制备过程中使用掺杂剂在材料中引入的杂质,激光制备过程中形成的增强光吸收的无序的表面微纳结构等因素。通过这些分析,确定了硅衬底的掺杂比激光制备过程中引入的硫杂质的掺杂对于红外波段的吸收有更大的贡献，此外,该种以硅衬底的掺杂为主要红外吸收介质的材料具有耐退火性。这些结果对设计和制造高效率的光电器件有着重要影响。