本發明涉及激光微納加工技術及半導體材料領域，特指采用一種銅網輔助激光在摻氟二氧化錫(FTO)薄膜表面制備波紋結構的方法。

背景技術：

FTO薄膜作為透明導電氧化物(TCO)薄膜中的一種，因其具有良好的導電性，以及可見光區內有較高的透光性等特點，作為窗口層材料被廣泛應用于薄膜太陽能電池、液晶顯示器和光電轉換器等光電器件領域。然而隨著光電器件的研究和應用，現有技術制備的FTO薄膜的光學和電學性能已不能完全滿足其快速發展的需要。

有研究表明，當透明導電薄膜表面具有如光柵結構、金字塔結構和蜂窩結構等周期性微納結構時，由于這些結構具有突出的多元化結構可以減少光反射的表面，可有效提高薄膜的透光率。目前用于制備薄膜表面微納結構的方法主要有：電子束刻蝕法、等離子體刻蝕法、電化學沉積法和納米壓印技術等。但這些方法制備工藝復雜、周期長、有的還需要使用有毒有害的化學試劑，往往帶來制備效率低、污染壞境等一系列問題。前期發明人采用激光在金屬/TCO薄膜表面成功誘導出規則的光柵結構，并有效提高了薄膜的透光率(專利號：ZL201410231952.4)。但這種方法需要對TCO薄膜表面進行金屬層的復合，而金屬膜的制備需要采用昂貴的專用鍍膜設備才能完成，這對制備工藝的順利進行具有一定的制約作用。因此，當前要找到一個操作簡單，高效、低成本和可控性好的方法在透明導電薄膜表面制備周期性的微納結構是非常重要的。

技術實現要素：

本發明的目的是克服以往技術上的不足，提供一種利用銅網輔助激光在FTO薄膜表面制備微納結構的方法，無需對薄膜進行預先鍍膜處理，通過銅網輔助作用，再采用激光輻照法來實現FTO薄膜表面波紋結構的形成。

本發明提出的銅網輔助激光輻照法的技術方案如下：

一種FTO薄膜表面選擇性一步制備波紋結構的方法，包括如下步驟：

步驟1、FTO薄膜的預處理：取大小為2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去離子水、丙酮和乙醇浸泡樣品在超聲機中清洗20分鐘，再用高純氮氣吹干，最后烘干，備用；

步驟2、銅網輔助激光輻照FTO薄膜：將銅網放置于FTO薄膜正上方，再采用激光對銅網表面進行輻照處理，在FTO薄膜上得到波紋結構。

步驟1中，所述銅網為沖壓式圓孔銅網，圓孔直徑為80μm。

步驟2中，所述銅網輔助激光輻照FTO薄膜的步驟如下：

步驟A、將銅網放置在FTO薄膜正上方，調整銅網位置，控制銅網與FTO薄膜表面距離為0～1mm，使銅網表面位于激光器發出的激光束的焦點后，對銅網表面進行激光輻照處理；

步驟B、使用超短脈沖激光器作為輸出激光的儀器，調整超短脈沖激光器的輸出，控制激光能量密度為1.5～2.0J/cm²，掃描速度為5～10mm/s；

步驟C、根據選用的激光能量確定激光束的掃描線寬，以此來設定激光束的掃描路徑，具體為：激光束作單向逐線掃描，通過設定線間距來控制相鄰兩線相互交疊，掃描線重疊率控制在60～80％；

步驟D、根據設定的激光束掃描路徑控制激光束運動，使激光束垂直于銅網表面進行掃描。

步驟A中，所述銅網與FTO薄膜表面距離為0～1mm。

步驟B中，所述超短脈沖激光器的波長為532nm，脈沖寬度為1～2ns。

此時由于激光輻照的熱效應對銅網產生了燒蝕作用，使得部分銅沉積于FTO薄膜表面，而當激光輻照于附有銅的FTO薄膜表面時則誘導薄膜產生了特殊的波紋結構。

本發明具有以下優點：

1)實驗過程中銅網的引入，可有效在薄膜表面獲得結構規則的波紋結構，而無需另外鍍制銅層來制備波紋結構。

2)實驗過程操作簡單，樣品制備時間短、可控性好，區域選擇性高。只需在常溫空氣中就可以完成，而不需要引入其他特殊氣體或液體介質等苛刻的環境條件。

3)實驗過程中，不需使用任何有毒和腐蝕性化學試劑，能有效的減少環境污染。

附圖說明

圖1為銅網輔助激光輻照加工樣品表面的示意圖；

圖2為實施例1銅網輔助激光輻照后FTO薄膜表面的低倍掃描電鏡圖；

圖3為實施例1中銅網輔助激光輻照后FTO薄膜表面的高倍掃描電鏡圖；

圖4為實施例2中銅網輔助激光輻照后FTO薄膜表面的高倍掃描電鏡圖。

具體實施方式

實施例1、2中，FTO薄膜表面選擇性一步制備波紋結構的方法，具體步驟如下：

步驟1、FTO薄膜的預處理：取大小為2.0cm×2.0cm FTO薄膜，依次用去離子水、丙酮和乙醇浸泡樣品在超聲機中清洗20分鐘，再用高純氮氣吹干，最后50℃烘干，備用；所使用的丙酮和乙醇均為分析純。

步驟2、銅網輔助激光輻照FTO薄膜：將銅網放置于FTO薄膜正上方，再采用激光對銅網表面進行輻照處理，在FTO薄膜上得到波紋結構。

步驟2中，所述銅網輔助激光輻照FTO薄膜的步驟如下：

步驟A、將銅網放置在FTO薄膜正上方，調整銅網位置，控制銅網與FTO薄膜表面距離為0～1mm，使銅網表面位于激光器發出的激光束的焦點后，對銅網表面進行激光輻照處理；

步驟B、使用超短脈沖激光器作為輸出激光的儀器，調整超短脈沖激光器的輸出，控制激光能量密度為1.5～2.0J/cm²，掃描速度為5～10mm/s；

步驟C、根據選用的激光能量確定激光束的掃描線寬，以此來設定激光束的掃描路徑，具體為：激光束作單向逐線掃描，通過設定線間距來控制相鄰兩線相互交疊，掃描線重疊率控制在60～80％；

步驟D、根據設定的激光束掃描路徑控制激光束運動，使激光束垂直于銅網表面進行掃描。

下面通過實施例對本發明作進一步描述：

實施例1：

本實施例中，銅網被放置于FTO薄膜的正上方，銅網和FTO薄膜表面之間的距離保持為1mm，采用脈寬為1～2ns、波長為532nm、重復頻率為1kHz的納秒激光輻照FTO薄膜。

其方法具體為：調整樣品臺的位置使銅網表面位于激光焦點后2.0mm處；控制激光能量密度為1.5J/cm²，掃描速度為10mm/s；掃描線重疊率控制在60％；控制激光束運動，使激光束垂直于銅網表面掃描，掃描面積為2.0cm×2.0cm。

實施例2：

本實施例中，銅網被放置于FTO薄膜的正上方，銅網和FTO薄膜表面之間的距離保持為0mm(即銅網緊貼于FTO薄膜樣品表面)，采用脈寬為1～2ns、波長為532nm、重復頻率為1kHz的納秒激光輻照FTO薄膜。

其方法具體為：調整樣品臺的位置使銅網表面位于激光焦點后2.0mm處；控制激光能量密度為2.0J/cm²，掃描速度為5mm/s；掃描線重疊率控制在80％；控制激光束運動，使激光束垂直于銅網表面掃描，掃描面積為2.0cm×2.0cm。

圖1展示了實施例1、2中利用銅網在FTO薄膜表面制備波紋結構的實驗過程。首先將銅網放置于FTO薄膜的正上方，使銅網和FTO薄膜表面之間的距離保持為0～1mm，再采用納秒激光對FTO薄膜表面進行輻照，最后在FTO薄膜表面形成結構規則的波紋結構。

圖2展示了實施例1中銅網輔助激光輻照后FTO薄膜表面的低倍掃描電鏡圖。從圖中可以看出，在銅網的輔助作用下，FTO薄膜表面形成了規則分布的圓形作用區域。其中圓形區域的高倍掃描電鏡圖如圖3所示。

從圖3和圖4中可以看出，在銅網的輔助作用下，FTO薄膜表面形成了結構規則的波紋結構。這充分說明，銅網對波紋結構的形成具有不可忽視的作用；另外銅網與FTO薄膜表面之間距離的控制對波紋結構的形成具有重要的影響。

本發明所給出的上述實施例只對技術方案進行具體說明，而不進行限制。在本領域的技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。