脈沖激光對硅表面微構(gòu)造的研究.pdf

1、利用Nd: YAG納秒激光脈沖(波長1064nm、532nm和355nm)和鈦寶石飛秒激光脈沖對單晶硅表面進(jìn)行了累積脈沖輻照，并在硅表面制備出了準(zhǔn)規(guī)則排列的微米量級錐形尖峰微結(jié)構(gòu)。表面具有尖峰結(jié)構(gòu)的硅材料顯示出奇特的光電性能，在制作新型硅基光電子器件，如，高效的太陽能電池、紅外光探測器和激光功率計(jì)等上有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。因此，激光與硅相互作用，形成表面尖峰微結(jié)構(gòu)的原理與技術(shù)的研究已受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
　　 本論文研究了在一

2、定氣壓下的SF6、空氣、N2和真空環(huán)境中納秒激光輻照脈沖數(shù)和能量密度對微結(jié)構(gòu)的影響。對比了不同背景氣氛下和不同納秒激光波長輻照下形成的錐形微結(jié)構(gòu)的尺寸、密度和縱橫比；發(fā)現(xiàn)SF6氣氛下形成的微結(jié)構(gòu)具有更大的縱橫比和高的密度，表明在形成尖峰結(jié)構(gòu)方面，SF6氣體比實(shí)驗(yàn)采用的其他氣體更有優(yōu)勢。并分別從不同背景氣體的作用和激光輔助化學(xué)刻蝕率以及不同激光波長作用下的微結(jié)構(gòu)形成機(jī)理上作了初步探討并給出了定性的理論解釋。
　　 同時(shí)研究了飛秒激

3、光在特定背景氣氛下對硅表面的微構(gòu)造，比較了SF6、空氣、N2和真空氣氛下微結(jié)構(gòu)隨脈沖數(shù)的演化。對比納秒和飛秒激光對硅表面微構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)納秒激光誘導(dǎo)形成的微結(jié)構(gòu)表面有熔融、汽化后再從汽相中沉積到硅基底的物質(zhì)及熔化后再凝固的硅。而飛秒誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)則沒有觀察到熔化和再凝固跡象，且微結(jié)構(gòu)更尖銳，錐形尖峰狀微結(jié)構(gòu)的密度更大；表明飛秒激光在微構(gòu)造硅表面形成尖峰結(jié)構(gòu)時(shí)比納秒更優(yōu)異。最后分析了四種氣氛下飛秒激光與硅相互作用形成微結(jié)構(gòu)起主要作用的機(jī)理，飛秒激