用於光電元件抗反射層之蛾眼奈米結構晶圓級製備

Wafer-level Moth-Eye Nanostructures Fabrication for Anti-reflection in Optoelectronic Devices

謝志鴻(C. Max Hsieh)

指導教授 ： 葉哲良

國立清華大學/電機資訊學院/電子工程研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2007.00701

摘要

蛾眼結構是一種仿生抗反射結構，亦是光學上所認定的二維次波長光柵(subwavelength grating)或是人造雙折變晶體(form birefrigence)。此類人造雙折變晶體可以簡單用光學上阻抗匹配的概念來做分析。自1967年由Bernhard於夜行性的飛蛾之複眼發現之後，其原理已廣泛研究至今。至今成功製作出蛾眼結構的方法在本論文中分成光學微影、自然微影(Natural lithography)與直接化學蝕刻等三種。為改進顯影時間過長，以及高深寬比非等向性的價格昂貴與極限，作者於本篇論文中提出一種相當簡單與迅速，對矽晶圓濕式化學蝕刻的蛾眼結構成型方式。其原理是利用奈米金屬觸媒來取代奈米級微影並強化非等向性蝕刻，來達到蛾眼結構奈米級週期與高深寬比的兩項光學訴求。目前在光波長為400到1000奈米的範圍內，已達到0.52%極低反射率並具備寬頻帶的抗反射效果。且在多晶矽太陽能晶圓上亦能夠使用本論文所開發的化學蝕刻法，並得到同樣低的反射率結果。預計在不久的未來將可取代在矽晶圓太陽能電池上，表面微米級粗化以及氮化矽鍍膜等抗反射技術。
本論文於第一章先簡介已成功製作出蛾眼結構的相關文獻。第二章等效介質理論(effective medium theory)與嚴格耦合波分析(rigorous coupled-wave analysis)描述蛾眼結構光學行為。在第三章闡述本論文所提出的蛾眼結構製備方式如何設計與基本工作原理，接著第四章將呈現實驗成果，包括表面輪廓與光學特性。最後，將針對實驗進行討論並做出結論。

關鍵字

蛾眼結構 ； 抗反射結果 ； 晶圓級製造 ； 奈米金屬觸媒 ； 高深寬比矽奈米柱

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Moth-Eye Structure ； Antireflection ； Nanocatalyst ； Wafer-level fabrication