利用超短脉冲激光制作硅表面微结构的分析.pdfVIP

摘要 摘 要 硅材料的应用十分广泛，但受其能带结构的限制，晶体硅难以吸收波长大 于1．1岬的光波。此外晶体硅有较高的反射率，降低了其对光波的吸收效率。 为了提高吸收效率，在硅片表面制作微结构是一种有效的方法。飞秒激光具有 极高的峰值功率、极短的作用时间等优点，它已成为一种优秀的微加工光源被 广泛用于材料加工领域。为此我们利用超短脉冲激光进行了一系列制作硅表面 微结构实验，并运用分予动力学(Molecular Dynamics)方法模拟了激光与硅片相 互作用的微观过程。主要工作包含一下几个方面： 一、在调研飞秒激光与电介质作用的有关理论后，我们计算了飞秒激光 (100ts，800nm)作用下晶体硅的多光子电离系数和雪崩电离系数，通过求解福 况，包括损伤阈值，烧蚀深度等，为下一步实验操作提供了数值参考。 二、考虑到纳秒激光加工具有低成本和实验条件要求较低等特点，我们首 先利用纳秒激光进行了硅表面微结构的加工，得到了在现有条件下的最优化加 工结果，微结构尺度约为509in，且对红外波段光吸收率提高至70％左右，但 微结构规则度欠佳。 三、在得出现有实验条件下纳秒激光难以加工出优良的硅片表面微结构的 结论之后，我们继续进行了飞秒激光微加工实验，分析了不同实验条件对微结 构形貌、光学性质的影响。实验得到的硅表面微结构明显优于纳秒激光的实验 结果，微结构尖峰尺寸比纳秒激光加工结果小了一个数量级(达到了5pan左右)， 而且形貌统一，对红外波段光吸收率达到85％以上。 四、最后，我们结合MD方法初步探究了硅表面微结构形成的过程。由于 超短脉冲激光与硅片相互作用形成微结构的机理尚不明确，我们希望通过分子 动力学方法对微结构的形成过程更进一步的研究。通过MATLAB编程求解MD 方程，我们模拟了飞秒激光脉冲激光烧蚀硅片表面最初阶段的微观过程，为今 后进一步量化研究奠定了理论基础。 关键词：超短脉冲激光；硅表面微结构；分子动力学 Abstract is usedinvarious Silicon cannotabsorb widely applications．However,silicon radiation、jl，itll 1100nmduetothe the wavelengthsbeyond limitationofband optical is of gap．Ftlrthcl-mOre,ithighlyreflective,嬲aresult,theabsorptionoptical radiationis micro-structureinthesiliconsurfaceisaneffective reduced．Making toenhancethe laseris usedin way absorption．Recentyears，femtosecondwidely material andlowheateffectand threshold．In processing、加mlli曲precision damage and to this studiedhowmakemicro—structuresOnthesilicon thesis，we utilizing ultra-shortl嬲ersourcesin thensimu