亚微米结构的激光制备及特性研究

发布时间：2020-02-13 21:30

【摘要】：作为最重要的半导体材料之一,晶体硅具备提纯简单、掺杂容易、耐高温等优点,被广泛用于制作硅基半导体器件和光子器件。但是,由于在可见光到红外波段内晶体硅表面对光的反射特别强,再加上其属于间接禁带半导体材料,这大大的降低硅基器件对光的响应灵敏度和转换效率,从而限制了晶体硅从可见光波段到红外波段的使用范围。鉴于当今信息化社会对硅基光电子器件和半导体器件性能的要求逐步提高,各国研究人员不断地在探索对晶体硅材料进行改性的新方法。本文利用飞秒脉冲激光辐照晶体硅材料表面制备亚微米结构对材料进行改性并研究了改性后材料的性能。通过在空气中不同能量强度和扫描速度下,利用10 Hz飞秒脉冲激光辐照晶体硅制备出了亚微米结构。并结合其光致发光特性,傅里叶红外光谱特性和表面元素分布,验证了检测中出现的橙色荧光峰(位于603 nm处)和红色荧光带(位于680 nm附近)分别来源于低值氧化物Si Ox和量子限制效应复合作用,而且发现氧元素对光致发光有着不可替代的作用。同时,为了进一步探索在飞秒激光与晶体硅相互反应过程中氧元素对材料表面亚微米结构的影响,本论文使用1 k Hz飞秒脉冲激光分别于纯水与空气里通过改变扫描速度和能量强度辐照单晶硅表面制备亚微米结构。实验结果表明只有当材料表面的亚微米结构深度较浅且低值氧化物Si Ox比较密集时光致发光达到最强。同时也发现在不同的能量强度下飞秒脉冲激光与单晶硅材料的相互作用机理不同,通过调节扫描速度和能量强度可以控制晶体硅材料表面亚微米结构的形成。通过对飞秒激光辐照单晶硅后表面亚微米结构的制备及其特性的探索,在深入研究了光致发光机理的同时,对于飞秒脉冲激光与晶体硅相互作用过程有了更清楚的认识,为制备具有更高性能的硅基光电器件打下了基础。
【图文】：

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器五个部分组成（如图 2-2 所示）。飞秒激光器采用啁啾放大器将 532 nm 连续绿光利用锁模技术转化为 74 MHz，20 fs 的宽器将种子光源从 fs 量级展宽至 ps 量级的脉冲激光；多通再将脉冲激光的能量增大六个数量级到强度为几个毫焦量级统主放大器将所得皮秒激光从几个毫焦量级提高到 75 mJ 左缩器将 75 mJ，74 MHz 的皮秒激光压缩为 10 Hz 的飞秒脉冲飞秒激光器的性能参数指标为：单脉冲能量：35 mJ脉冲宽度：45 fs比：105ns宽度：30 nm波长：800 nm频率：10 Hz

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图 2-3 飞秒脉冲激光系统光路图Fig.2-3 The optical scheme of the ultrashort pulse system2.1.2 1 kHz 飞秒脉冲激光系统由于 10 Hz 飞秒激光器的光束质量和加工效果始终不是很理想，而且重频率比较低，为了得到结构更精细的表面结构以及深入研究飞秒激光辐照后晶体硅的特性，，我们使用了另一套 1 kHz 的飞秒激光器。这是直接购买pectra-Physics 公司制作的飞秒激光器，实物图如图 2-4 所示。本套飞秒激光器的性能参数指标为：重复频率：1 kHz
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249;TN304.12

【参考文献】