(资料图)

激光诱导周期性表面结构 (LIPSS) 是一种普遍现象，已在线偏振激光照射的金属、半导体和透明材料的表面上得到证实。LIPSS 的周期取决于激光条件和材料的性质，从接近入射激光波长到小于波长的十分之一不等。这些周期性纳米结构可用于有效地改变材料的性能，在表面着色、光电特性调制、双折射光学元件和表面润湿性等方面有许多应用。

具有 3.5-4.3 eV 宽带隙的氧化铟锡 (ITO) 薄膜在可见光和近红外 (NIR) 波长范围内具有高导电性和透射率。由于其独特的光电特性，ITO薄膜被广泛用作太阳能电池和液晶显示器的透明电极，以及有机发光二极管的阳极涂层。开发制备ITO薄膜的新方法和调控ITO薄膜的光电性能一直是一个非常重要的研究课题，而在激光加工领域，利用激光在ITO薄膜中诱导LIPSS是一种有效且简单的方法方法。

华东师范大学精密光谱国家重点实验室贾天庆教授课题组研究了飞秒激光直接写入ITO薄膜表面LIPSS的方法，详细分析了ITO薄膜的透射率和各向异性电导率的变化。在不同激光参数下可见光至红外波长下具有 LIPSS 结构的 ITO 薄膜。合适的激光参数可以有效地在ITO薄膜上加工大面积的低空间频率LIPSS，这些LIPSS可以表现出独立的纳米导体的特性，电性能均匀性好。结果表明，飞秒激光直写过程中材料特性没有发生变化，与原始 ITO 薄膜相比，具有规则 LIPSS 的 ITO 薄膜在红外波段的平均透射率增加了 197%。这对于在 ITO 薄膜表面处理规则的 LIPSS 作为近红外波段光电器件的透明电极具有重要的应用意义。

如图1所示。原ITO薄膜的表面电阻是各向同性的。随着激光能量密度的增加，LIPSS的表面电阻在横向和纵向迅速增加，且变化梯度不同，表现出各向异性的电导率。

通过调整激光能量密度，可以制备大范围内不同形貌的纳米线(LIPSS)。图2(a)显示了不同能量密度的飞秒激光加工纳米线的SEM图像。随着注量的增加，纳米线的宽度从 537 nm 减小到 271 nm。纳米线的高度从平均 220 nm 减小到 142 nm，如图 2(b) 所示。随着注量的增加，纳米线的单位电阻从 15 kΩ/mm 增加到 73 kΩ/mm，这是由纳米线的宽度和高度同时减小引起的，如图 2(c) 所示。

如图3所示，原始厚度为185nm的ITO薄膜在1200-2000nm的近红外光谱范围内的平均透过率为21.31%。飞秒激光直写后，ITO薄膜对NIR波段的透过率明显提高。当光通量在0.510～0.637 J/cm 2范围内时，ITO薄膜的NIR透过率达到54.48～63.38%，比原来的ITO薄膜提高了156～197%。同时，经过飞秒激光直写后，ITO薄膜在可见波段的透过率略有提高，曲线更加平滑。通过调整激光的能量密度，可以显着提高ITO薄膜在近红外线的透过率，同时保持导电性。