基于AAO的大面积亚波长结构图形转移及其抗反射性能研究

Due to the broad working bandwidth, omnidirectional and polarization non-sensitivity properties, the sub-wavelength structure (SWS) based anti-reflection technique has become an ideal surface anti-reflection solution. However, the requirement of large area fabrication with nanometer scale feature dimension has become the bottle neck of its study and corresponding applications. In this proposal, we are going to study the anodic aluminum oxide (AAO) based SWS replication and its corresponding anti-reflection properties. Generally speaking, AAO membrane is very fragile and thus it’s really hard to realize the uniform ultra-thin (<300nm) AAO membrane based pattern transfer on large area. In order to solve this problem, we will study the filling and covering properties of AAO nano-pores based on the viscosity of the polymer that we are going to use. In the meanwhile, we will also study the nano-structure non-uniform effect induced from replacement reaction and “drain water” processes and finally find the way for uniform ultra-thin AAO membrane pattern transfer on large area. Next, we are going to study the control regime of the transferred nano-structure morphology via the controlling of the parameters like gas ratio, pressure and power in dry etching and deposition processes, and study the structure-dependent anti-reflection properties of SWS with exact AAO morphology and the one with derived side-wall profile under different light wavelengths and incident angles. Using the SWS distribution information obtained from the measurement, we are going to build up a simulation model and study the anti-reflection properties based on structure duty-cycle and depth, and further optimize the corresponding fabrication processes which thus improve the corresponding SWS based anti-reflection performance. Finally, a whole fabrication and theory knowledge hierarchy with self intellectual property will be built and serve for the further study of high transparent opto-electronic devices.

基于亚波长结构（SWS）的抗反射技术具有宽带、全方向性以及偏振不敏感等特性，是一种理想的表面抗反射解决方案。然而纳米级尺寸的大面积结构制备是其研究和应用的瓶颈。本项目拟开展基于多孔阳极氧化铝（AAO）的SWS复制及其抗反射特性的研究。针对超薄AAO薄膜（<300nm）易碎无法实现均匀大面积转移的问题，研究聚合物黏度对纳米孔的填充及整体包覆性影响，以及置换反应、排水法等工艺参数对纳米结构一致性的影响，获得超薄AAO大面积转移中不均匀问题的解决方案。在此基础上，通过干法刻蚀及镀膜工艺中气体配比、压强、功率等参数对所转移结构形貌的控制，研究AAO直接复制及其衍生结构抗反射性能与入射光波长、角度的关系；通过稳定工艺下SWS排列信息的提取，模拟研究占空比、高度等参数对抗反射特性的影响，优化相关制备工艺和流程，进一步提升抗反射性能。最终获得具有自主知识产权的知识储备，为高通透光电器件的研究提供基础。

基于亚波长结构（SWS）的抗反射技术具有宽带、全方向性以及偏振不敏感等特性，是一种理想的表面抗反射解决方案。然而纳米级尺寸的大面积结构制备是其研究和应用的瓶颈。本项目开展了基于多孔阳极氧化铝（AAO）的SWS复制及其抗反射特性的研究。针对超薄AAO薄膜（<300nm）易碎无法实现均匀大面积转移的问题，研究聚合物黏度对纳米孔的填充及整体包覆性影响，以及置换反应、排水法等工艺参数对纳米结构一致性的影响，获得超薄AAO大面积转移中不均匀问题的解决方案。首先制备超薄AAO样片，通过自主搭建的阳极氧化反应装置，对Si基和Al基超薄AAO纳米结构进行了大量、系统的研究，获得了精确的阳极氧化电流-时间曲线，并将其应用到了聚合物、Si、太阳能电池和LED增透领域。其中，采用“Grain Size”限制的Si基超薄Al阳极氧化方案，成功制备2inch纳米/微米复合结构，基于FDTD算法的GaN基LED模型分析结果显示，具有纳米/微米复合结构LED的光效提升可达3倍以上。其次在基于超薄AAO的图形转移上，对比了溅射角度和衬底状态等参数对镀膜结构形貌的影响，通过对双通超薄AAO图形转移中溅射条件的精确控制，获得了Si基表面AAO纳米结构均匀、大面积的精确转移。在大面积范围内，纳米结构依然具有很好的一致性和均匀性。经由干法刻蚀，制备了大面积AAO纳米结构Si阵列。基于积分球系统的反射率测试结果表明，AAO纳米结构阵列具有优异的宽光谱、高通透以及偏振不敏感等特性。再次是基于AAO纳米结构的模拟仿真上，通过Lumerical的FDTD模块建立LED模型，理论证实了AAO纳米结构在LED光萃取效率提升方面与严格三角晶格真理具有可比拟的效果。同时研究发现，对纳米柱侧壁的修饰可进一步提升AAO纳米结构LED的出光效率。.本项目研究表明基于AAO的纳米结构可以大面积转移到光电器件中，并且具有优异的抗反射性能，这为高通透光电器件的实际设计和应用提供了一种途径。