晶体硅是信息产业重要的基础材料,然而晶体硅是间接带隙半导体,其在250nm-2500nm波段范围内的光反射率高达30%以上,并且禁带宽度较大(1.12eV),很难吸收波长大于1.1μm的光波,这些缺陷制约了它在硅光电器件的应用和发展。1998年哈佛大学的Mazur研究小组利用飞秒激光辐照硅表面,意外获得了具有准规则排列的亚微米量级锥形结构的硅材料—黑硅,其对可见—近红外波段的光吸收率达90%以上,这对于改善单晶硅在红外波段的应用带来了新的希望。近年来,科技界利用脉冲激光扫描法、电化学腐蚀法、等离子体浸没离子注入法等多种手段来制备黑硅材料,其中飞秒激光扫描法是黑硅研究的热点。利用激光辐照的方法制备黑硅无需掩膜板,可嵌入到半导体制造过程中,但是飞秒激光设备昂贵,不利于大面积、低成本生产黑硅材料。本文试图采用价格低廉的微秒脉冲激光制备黑硅材料,并实现微秒脉冲激光诱导硅表面微结构的有效控制,以期获得微结构和光学性能优良的黑硅材料。论文的主要工作和研究成果有以下几个方面：1研究了脉冲激光与固体材料相互作用的物理原理以及激光辐照生成黑硅的机理,提出利用价格低廉的微秒脉冲激光扫描法制备黑硅材料,在一定气体氛围中成功地制备出了准规则排列的微米量级类锥形硅表面微结构。这一研究工作为廉价制备黑硅材料提供了一种新的途径,研究成果发表于EI源期刊.2.搭建了微秒脉冲激光制备黑硅的试验装置,系统地研究了激光脉冲能量密度、重复频率、脉冲宽度、激光束扫描速度及间距、工作气氛及压强等工艺参数与黑硅表面形貌和特性的关系。研究结果表明：当激光能量密度大于0.15J/cm2,每激光光斑面积累积辐照的微秒脉冲数达到1000个,受辐照的硅表面区域开始形成类锥形微结构；在一定范围内,随着能量密度、重复频率增加类锥形微结构高度增加,当能量密度或重复频率过大时,微结构规则性变差；类锥形结构的纵横比随脉冲宽度、激光束扫描速度和间距的增加而减小；不同工作气氛中制备的形貌差异较大,其中SF6中形成的锥形结构最佳,一定范围内压强增加有利于形成完整的锥形结构。微秒脉冲激光扫描法制备黑硅材料的系统性研究在国内外尚未见报道,研究成果对于完善黑硅制备与理论、低成本生产黑硅材料打下了基础,具有重要的应用价值。3.研究了采用微秒脉冲激光辐照多种晶体结构硅材料制备黑硅材料的方法,研究表明,采用本方法可以在多种晶向硅片上制备类锥形微结构。4.通过控制单位光斑面积累辐照的激光脉冲数的方法探讨了微秒脉冲激光诱导硅表面微结构演变过程和硅表面微结构的形成机制。认为：在微秒脉冲激光辐照硅表面初期硅表面会形成波纹状的激光诱导周期性表面结构,由于热应力效应和沸腾式气化导致表面出现裂纹和孔洞；中后期激光辅助化学刻蚀和再沉积机制共同作用,被辐照区域的硅表面形貌发生迅速变化,最终形成顶端高于原始硅表面的锥形结构,在这一阶段工作气氛的种类对于最终形貌的形成有重要影响。5.初步研究了微结构黑硅材料的光反射率特性,结果表明SF6气体氛围中制备的黑硅样品反射率在250nm-2500nm波段内大幅下降,至6%以下。在空气和真空中制备的黑硅样品的反射率在可见光波段范围内下降为7%左右,而在波长大于1100nm之后,反射率随着波长逐渐增加而快速增加.进一步对比实验发现,SF6气体氛围中制备的样品退火前后反射率随波长的变化规律相似。在可见光波段样品退火前后的反射率均为3%左右；在近红外波段,退火后样品的反射率增加,但退火温度对反射率的增加影响较小.