CN106624348B - 一种fto薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，包括如下步骤：步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后烘干，备用；步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构。本发明实验过程中铜网的引入，可有效在薄膜表面获得结构规则的波纹结构，而无需另外镀制铜层来制备波纹结构。

Description

一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法
技术领域
本发明涉及激光微纳加工技术及半导体材料领域，特指采用一种铜网辅助激光在掺氟二氧化锡(FTO)薄膜表面制备波纹结构的方法。
背景技术
FTO薄膜作为透明导电氧化物(TCO)薄膜中的一种，因其具有良好的导电性，以及可见光区内有较高的透光性等特点，作为窗口层材料被广泛应用于薄膜太阳能电池、液晶显示器和光电转换器等光电器件领域。然而随着光电器件的研究和应用，现有技术制备的FTO薄膜的光学和电学性能已不能完全满足其快速发展的需要。
有研究表明，当透明导电薄膜表面具有如光栅结构、金字塔结构和蜂窝结构等周期性微纳结构时，由于这些结构具有突出的多元化结构可以减少光反射的表面，可有效提高薄膜的透光率。目前用于制备薄膜表面微纳结构的方法主要有：电子束刻蚀法、等离子体刻蚀法、电化学沉积法和纳米压印技术等。但这些方法制备工艺复杂、周期长、有的还需要使用有毒有害的化学试剂，往往带来制备效率低、污染坏境等一系列问题。前期发明人采用激光在金属/TCO薄膜表面成功诱导出规则的光栅结构，并有效提高了薄膜的透光率(专利号：ZL201410231952.4)。但这种方法需要对TCO薄膜表面进行金属层的复合，而金属膜的制备需要采用昂贵的专用镀膜设备才能完成，这对制备工艺的顺利进行具有一定的制约作用。因此，当前要找到一个操作简单，高效、低成本和可控性好的方法在透明导电薄膜表面制备周期性的微纳结构是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术上的不足，提供一种利用铜网辅助激光在FTO薄膜表面制备微纳结构的方法，无需对薄膜进行预先镀膜处理，通过铜网辅助作用，再采用激光辐照法来实现FTO薄膜表面波纹结构的形成。
本发明提出的铜网辅助激光辐照法的技术方案如下：
一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，包括如下步骤：
步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后烘干，备用；
步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构。
步骤1中，所述铜网为冲压式圆孔铜网，圆孔直径为80μm。
步骤2中，所述铜网辅助激光辐照FTO薄膜的步骤如下：
步骤A、将铜网放置在FTO薄膜正上方，调整铜网位置，控制铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm，使铜网表面位于激光器发出的激光束的焦点后，对铜网表面进行激光辐照处理；
步骤B、使用超短脉冲激光器作为输出激光的仪器，调整超短脉冲激光器的输出，控制激光能量密度为1.5～2.0J/cm2，扫描速度为5～10mm/s；
步骤C、根据选用的激光能量确定激光束的扫描线宽，以此来设定激光束的扫描路径，具体为：激光束作单向逐线扫描，通过设定线间距来控制相邻两线相互交叠，扫描线重叠率控制在60～80％；
步骤D、根据设定的激光束扫描路径控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面进行扫描。
步骤A中，所述铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm。
步骤B中，所述超短脉冲激光器的波长为532nm，脉冲宽度为1～2ns。
此时由于激光辐照的热效应对铜网产生了烧蚀作用，使得部分铜沉积于FTO薄膜表面，而当激光辐照于附有铜的FTO薄膜表面时则诱导薄膜产生了特殊的波纹结构。
本发明具有以下优点：
1)实验过程中铜网的引入，可有效在薄膜表面获得结构规则的波纹结构，而无需另外镀制铜层来制备波纹结构。
2)实验过程操作简单，样品制备时间短、可控性好，区域选择性高。只需在常温空气中就可以完成，而不需要引入其他特殊气体或液体介质等苛刻的环境条件。
3)实验过程中，不需使用任何有毒和腐蚀性化学试剂，能有效的减少环境污染。
附图说明
图1为铜网辅助激光辐照加工样品表面的示意图；
图2为实施例1铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的低倍扫描电镜图；
图3为实施例1中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的高倍扫描电镜图；
图4为实施例2中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的高倍扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1、2中，FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，具体步骤如下：
步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后50℃烘干，备用；所使用的丙酮和乙醇均为分析纯。
步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构。
步骤2中，所述铜网辅助激光辐照FTO薄膜的步骤如下：
步骤A、将铜网放置在FTO薄膜正上方，调整铜网位置，控制铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm，使铜网表面位于激光器发出的激光束的焦点后，对铜网表面进行激光辐照处理；
步骤B、使用超短脉冲激光器作为输出激光的仪器，调整超短脉冲激光器的输出，控制激光能量密度为1.5～2.0J/cm2，扫描速度为5～10mm/s；
步骤C、根据选用的激光能量确定激光束的扫描线宽，以此来设定激光束的扫描路径，具体为：激光束作单向逐线扫描，通过设定线间距来控制相邻两线相互交叠，扫描线重叠率控制在60～80％；
步骤D、根据设定的激光束扫描路径控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面进行扫描。
下面通过实施例对本发明作进一步描述：
实施例1：
本实施例中，铜网被放置于FTO薄膜的正上方，铜网和FTO薄膜表面之间的距离保持为1mm，采用脉宽为1～2ns、波长为532nm、重复频率为1kHz的纳秒激光辐照FTO薄膜。
其方法具体为：调整样品台的位置使铜网表面位于激光焦点后2.0mm处；控制激光能量密度为1.5J/cm2，扫描速度为10mm/s；扫描线重叠率控制在60％；控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面扫描，扫描面积为2.0cm×2.0cm。
实施例2：
本实施例中，铜网被放置于FTO薄膜的正上方，铜网和FTO薄膜表面之间的距离保持为0mm(即铜网紧贴于FTO薄膜样品表面)，采用脉宽为1～2ns、波长为532nm、重复频率为1kHz的纳秒激光辐照FTO薄膜。
其方法具体为：调整样品台的位置使铜网表面位于激光焦点后2.0mm处；控制激光能量密度为2.0J/cm2，扫描速度为5mm/s；扫描线重叠率控制在80％；控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面扫描，扫描面积为2.0cm×2.0cm。
图1展示了实施例1、2中利用铜网在FTO薄膜表面制备波纹结构的实验过程。首先将铜网放置于FTO薄膜的正上方，使铜网和FTO薄膜表面之间的距离保持为0～1mm，再采用纳秒激光对FTO薄膜表面进行辐照，最后在FTO薄膜表面形成结构规则的波纹结构。
图2展示了实施例1中铜网辅助激光辐照后FTO薄膜表面的低倍扫描电镜图。从图中可以看出，在铜网的辅助作用下，FTO薄膜表面形成了规则分布的圆形作用区域。其中圆形区域的高倍扫描电镜图如图3所示。
从图3和图4中可以看出，在铜网的辅助作用下，FTO薄膜表面形成了结构规则的波纹结构。这充分说明，铜网对波纹结构的形成具有不可忽视的作用；另外铜网与FTO薄膜表面之间距离的控制对波纹结构的形成具有重要的影响。
本发明所给出的上述实施例只对技术方案进行具体说明，而不进行限制。在本领域的技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、FTO薄膜的预处理：取大小为2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去离子水、丙酮和乙醇浸泡样品在超声机中清洗20分钟，再用高纯氮气吹干，最后烘干，备用；
步骤2、铜网辅助激光辐照FTO薄膜：将铜网放置于FTO薄膜正上方，再采用激光对铜网表面进行辐照处理，在FTO薄膜上得到波纹结构；
所述铜网辅助激光辐照FTO薄膜的步骤如下：
步骤A、将铜网放置在FTO薄膜正上方，调整铜网位置，控制铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm，使铜网表面位于激光器发出的激光束的焦点后，对铜网表面进行激光辐照处理；
步骤B、使用超短脉冲激光器作为输出激光的仪器，调整超短脉冲激光器的输出，控制激光能量密度为1.5～2.0J/cm2，扫描速度为5～10mm/s；
步骤C、根据选用的激光能量确定激光束的扫描线宽，以此来设定激光束的扫描路径，具体为：激光束作单向逐线扫描，通过设定线间距来控制相邻两线相互交叠，扫描线重叠率控制在60～80％；
步骤D、根据设定的激光束扫描路径控制激光束运动，使激光束垂直于铜网表面进行扫描；
所述铜网与FTO薄膜表面距离为0～1mm；
激光辐照的热效应对铜网产生了烧蚀作用，使得铜沉积于FTO薄膜表面，当激光辐照于附有铜的FTO薄膜表面时诱导薄膜产生了波纹结构。
2.根据权利要求1所述的一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，其特征在于，步骤1中，所述铜网为冲压式圆孔铜网，圆孔直径为80μm。
3.根据权利要求1所述的一种FTO薄膜表面选择性一步制备波纹结构的方法，其特征在于，步骤B中，所述超短脉冲激光器的波长为532nm，脉冲宽度为1～2ns。
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