Abstract

A systematic series of silicon (Si) wafer with microstructured anti-reflection film is prepared by femtosecond laser pulse. The dependence of the morphology and optical properties of the microstructured Si on the experimental parameters is thoroughly investigated. With the laser pulse duration of 40 fs, central wavelength of 800 nm, repetition rate of 250 kHz, laser pulse power of 300 mW, 250 μm/s scanning speed, and 2 μm of displacement between the parallel scans in the air, the quasiordered arrays of grain microstructures on the Si wafer up to 800-nm tall and 800-nm diameter at the bottom offered near-unity transmission in the mid-infrared wavelength. An anti-reflection film of approximately 3 × 3 (mm) is developed on the (211) Si substrate with the optimized parameters, Moreover, up to 30% improvement of the response performance is demonstrated.

© 2013 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)
  2. S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).
  3. N. K. Dhar and M. Z. Tidrow, Proc. SPIE 5564, 34 (2004).
  4. R. K. Willardson and A. C. Beer, Semiconductors and Semimetals (Academic, New York, 1981).
  5. D. S. Hobbs and B. D. MacLeod, Proc. SPIE 6720, 67200L (2007).
  6. B. D. MacLeod and D. S. Hobbs, Proc. SPIE 6940, 69400Y (2008).
  7. J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).
  8. Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).
  9. M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).
  10. Y. Peng, Y. Wen, D. Zhang, S. Luo, L. Chen, and Y. Zhu, Appl. Opt. 50, 4765 (2011).
  11. C. H. Crouch, J. E. Carey, M. Shen, E. Mazur, and F. Y. Genin, Appl. Phys. A 79, 1635 (2004) .
  12. T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).
  13. Y. Liu, "The optical properties of the microstructured silicon made by femtosecond laser (in Chinese)", Master Thesis (Fudan University, 2007).

2012

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

2011

2009

A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)

2008

B. D. MacLeod and D. S. Hobbs, Proc. SPIE 6940, 69400Y (2008).

2007

D. S. Hobbs and B. D. MacLeod, Proc. SPIE 6720, 67200L (2007).

2006

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

2005

T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

2004

N. K. Dhar and M. Z. Tidrow, Proc. SPIE 5564, 34 (2004).

1998

J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).

Antoszewski, J.

A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)

Bornfreund, R. E.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Buell, A. A.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Chang, C. M.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Chen, G. X.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Chen, H. M.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Chen, L.

Chen, Y. L.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Chiang, H. P.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Childs, A. C.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Chong, T. C.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Chu, C. H.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Chu, N. N.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Dhar, N. K.

N. K. Dhar and M. Z. Tidrow, Proc. SPIE 5564, 34 (2004).

Faraone, L.

A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)

Franklin, J. J.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Green, M. A.

J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).

He, Y. J.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Hobbs, D. S.

B. D. MacLeod and D. S. Hobbs, Proc. SPIE 6940, 69400Y (2008).

D. S. Hobbs and B. D. MacLeod, Proc. SPIE 6720, 67200L (2007).

Hong, M. H.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Hsiao, M. K.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Huang, D. W.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Huang, H. W.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Huang, Y. W.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Jensen, J. E.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Johnson, S. M.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Kazama, A.

T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).

Lim, C. S.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Lin, W. C.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Lin, Y.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Liu, R. S.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Lofgreen, D. D.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Luo, S.

Lyon, T. J. de

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

MacLeod, B. D.

B. D. MacLeod and D. S. Hobbs, Proc. SPIE 6940, 69400Y (2008).

D. S. Hobbs and B. D. MacLeod, Proc. SPIE 6720, 67200L (2007).

Matsumura, T.

T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).

Newton, M. D.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Peng, Y.

Peterson, J. M.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Pierce, G. K.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Radford, W. A.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Rogalski, A.

A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)

Ruzicka, L. M.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Shi, L. P.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Smith, E. P. G.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Sun, G.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Tan, L. S.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Tidrow, M. Z.

N. K. Dhar and M. Z. Tidrow, Proc. SPIE 5564, 34 (2004).

Tsai, D. P.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Tseng, M. L.

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Venzor, G. M.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Vilela, M. F.

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

Wang, A.

J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).

Wang, Z. B.

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

Wen, Y.

Yagi, T.

T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).

Zhang, D.

Zhao, J.

J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).

Zhu, Y.

ACS Nano

M. L. Tseng, Y. W. Huang, M. K. Hsiao, H. W. Huang, H. M. Chen, Y. L. Chen, C. H. Chu, N. N. Chu, Y. J. He, C. M. Chang, W. C. Lin, D. W. Huang, H. P. Chiang, R. S. Liu, G. Sun, and D. P. Tsai, ACS Nano 6, 5190 (2012).

Appl. Opt.

Appl. Phys. A

T. Matsumura, A. Kazama, and T. Yagi, Appl. Phys. A 81, 1393 (2005).

Appl. Phys. Lett.

J. Zhao, A. Wang, and M. A. Green, Appl. Phys. Lett. 73, 1991 (1998).

Y. Lin, M. H. Hong, T. C. Chong, C. S. Lim, G. X. Chen, L. S. Tan, Z. B. Wang, and L. P. Shi, Appl. Phys. Lett. 89, 041108 (2006).

J. Appl. Phys.

A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009)

Proc. SPIE

S. M. Johnson, W. A. Radford, A. A. Buell, M. F. Vilela, J. M. Peterson, J. J. Franklin, R. E. Bornfreund, A. C. Childs, G. M. Venzor, M. D. Newton, E. P. G. Smith, L. M. Ruzicka, G. K. Pierce, D. D. Lofgreen, T. J. de Lyon, and J. E. Jensen, Proc. SPIE 5732, 250 (2005).

N. K. Dhar and M. Z. Tidrow, Proc. SPIE 5564, 34 (2004).

D. S. Hobbs and B. D. MacLeod, Proc. SPIE 6720, 67200L (2007).

B. D. MacLeod and D. S. Hobbs, Proc. SPIE 6940, 69400Y (2008).

Other

R. K. Willardson and A. C. Beer, Semiconductors and Semimetals (Academic, New York, 1981).

Y. Liu, "The optical properties of the microstructured silicon made by femtosecond laser (in Chinese)", Master Thesis (Fudan University, 2007).

C. H. Crouch, J. E. Carey, M. Shen, E. Mazur, and F. Y. Genin, Appl. Phys. A 79, 1635 (2004) .

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.