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纳秒和飞秒激光烧蚀单晶硅的超快诊断

田润妮 王俊波 邱荣 周强 蒋勇 杨永佳

引用本文:
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纳秒和飞秒激光烧蚀单晶硅的超快诊断

    作者简介: 田润妮(1984-),女,硕士研究生,主要从事激光与物质相互作用研究..
    通讯作者: 邱荣, qiurong@swust.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金-中国工程物理研究院联合基金资助项目(10976025)

  • 中图分类号: O434.14

Ultra-fast diagnosis of monocrystalline silicon ablated by ns and fs laser

    Corresponding author: QIU Rong, qiurong@swust.edu.cn ;
  • CLC number: O434.14

  • 摘要: 为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程,采用超快时间分辨光学诊断技术,对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程,获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像.对于纳秒激光,当延迟时间为200ns~300ns时,观察到物质喷发现象出现,此时喷发物为气液混合物,当延迟时间为1060ns时,喷发物为小液滴;对于飞秒激光,当延迟时间为1ns~2ns时,观察到物质喷发现象出现,喷发物为等离子体.结果表明,在样品表面,纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同,特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的,在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中,不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导.该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助.
  • [1]

    XIA B, JIANG L, WANG S M, et al. Femtosecond laser drilling of micro-holes. Chinese Journal of Lasers, 2013, 40(2): 0201001(in Chinese).
    [2]

    BAI L, ZHAO X L, LIU Y, et al. Optical fiber micro-hole sensor fabricated with femtosecond laser. Laser Technology, 2013, 37(1):101-104(in Chinese).
    [3]

    YUAN Ch H, LI X H, TANG D Ch, et al. Influence of wavelength and atmosphere on laser induced microstructure of silicon surface. Laser Technology, 2010, 34(5):647-649(in Chinese).
    [4]

    YE X, ZHOU M, YU Z, et al. Periodical micro-structure and parameter optimization of pyrolytic carbon surface induced by nanosecond laser.Laser Technology,2013,37(4): 537-540(in Chinese).
    [5]

    KANG X M, YU L, YANG G F, et al. Experimental research of increase-friction characteristics of no-match friction-pair surface based on laser micro-modelling. Laser Technology, 2013, 37(4): 449-454(in Chinese).
    [6]

    CHEN Zh D, WU Q, YANG M, et al. Generation and evolution of plasma during femtosecond laser ablation of silicon in different ambient gases. Laser and Particle Beams, 2013, 31(3):539-545.
    [7]

    CHEN Zh D, WU Q, YANG M, et al. Time-resolved photoluminescence of silicon microstructures fabricated by femtosecond laser in air.Optics Express, 2013,21(18):21329-21336.
    [8]

    LORAZO P, LEWIS L J, MEUNIER M. Short-pulse laser ablation of solids: from phase explosion to fragmentation. Physical Review Letters, 2003, 91(22): 225502.
    [9]

    ROETERDINK W G, JUURLING L B F, VAUGHAN O P H, et al. Coulomb explosion in femtosecond laser ablation of Si (111). Applied Physics Letters, 2003, 82(23): 4190-4192.
    [10]

    WANG X, XU X. Thermoplastic wave in metal induced by ultrafast laser pulses. Journal of Thermal Stresses, 2002, 25(5):457-473.
    [11]

    PEREZ D, LEWIS L J. Ablation of solids under femtosecond laser pulses. Physical Review Letters, 2002, 89(25):255504.
    [12]

    PEREZ D, LEWIS L J. Molecular-dynamics study of ablation of solids under femtosecond laser pulses. Physical Review, 2003, B67(18):184102.
    [13]

    MARTYNYUK M M. Vaporization and boiling of liquid metal in an exploding wire. Soviet Physics Technical Physics, 1974, 19(6): 793-797.
    [14]

    CHEN J K, BERAUN J E. Modelling of ultrashort laser ablation of gold films in vacuum . Journal of Optics, 2003,A5(3): 168-173.
    [15]

    YOO J H, JEONG S H, MAO X L, et al. Evidence for phase-explosion and generation of large particles during high power nanosecond laser ablation of silicon . Applied Physics Letters, 2000, 76(6): 783-785.
    [16]

    ZHANG N, ZHU X, YANG J, et al. Time-resolved shadowgraphs of material ejection in intense femtosecond laser ablation of aluminum . Physical Review Letters, 2007, 99(16): 167602.
    [17]

    ZHOU Y, WU B, TAO S, et al. Physical mechanism of silicon ablation with long nanosecond laser pulses at 1064nm through time-resolved observation. Applied Surface Science, 2011, 257(7): 2886-2890.
    [18]

    SALL B, GOBERT O, MEYBADIER P, et al. Femtosecond and picosecond laser microablation: ablation efficiency and laser microplasma expansion. Applied Physics, 1999, A69(1): S381-S383.
    [19]

    WANG K P, ZHANG Q H. The ablation microstructures of mono crystalline silicon by high power nanosecond laser.Laser Journal, 2012, 33(5): 36-37(in Chinese).
    [20]

    ADEN M, KREUTZ E W, SCHLVTER H, et al . The applicability of the Sedov-Taylor scaling during material removal of metals and oxide layers with pulsed and excimer laser radiation . Journal of Physics, 1997, D30(6): 980-989.
  • [1] 陈建平倪晓武陆建卞保民王亚伟 . 用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器. 激光技术, 2001, 25(2): 85-90.
    [2] 肖海兵张庆茂谭小军周泳全张卫罗博伟 . 碳化硅陶瓷超快激光双光束精密抛光技术研究. 激光技术, 2024, 48(2): 180-187. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.006
    [3] 陈子琪王新兵左都罗 . CO2激光诱导液滴射流等离子体的实验研究. 激光技术, 2016, 40(6): 888-891. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.06.023
    [4] 范卫星郝尧卢玉村陈建国 . 等离子体辅助镀膜. 激光技术, 1994, 18(1): 50-54.
    [5] 买买提艾力巴克艾尔肯扎克尔沙依甫加马力达吾来提 . 激光-等离子体相互作用过程中光子加速的研究. 激光技术, 2011, 35(2): 282-284. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.038
    [6] 黄宇姜银方金华黄利伟张仕培 . 环形激光诱导冲击波的传播及其对层裂的影响. 激光技术, 2013, 37(3): 301-305. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.03.007
    [7] 戴蜀娟刘富荣杨晓邹鸿承安承武陆冬生 . 激光冲击在LY12CZ中形成冲击波的研究. 激光技术, 1997, 21(6): 330-333.
    [8] 倪晓武陈笑陆建 . 激光与液态物质相互作用机理的研究进展. 激光技术, 2002, 26(4): 258-261.
    [9] 姚兵王甦曹雁刘迅曾传相 . 激光脉冲和放电脉冲产生冲击波的研究. 激光技术, 2000, 24(1): 12-14.
    [10] 倪晓武陆建贺安之王平秋马孜周九林 . 高功率激光对光学介质薄膜破坏机理的研究进展. 激光技术, 1994, 18(6): 348-352.
    [11] 唐霞辉朱海红朱国富李家钅容 . 高功率激光焊接光致等离子体的检测. 激光技术, 1996, 20(5): 312-316.
    [12] 张新陆程元丽王骐 . X射线激光在柱状等离子体中的传播与放大. 激光技术, 2002, 26(3): 221-222.
    [13] 张新陆王骐程元丽 . 柱状等离子体侧漏光线对光强分布的影响. 激光技术, 2003, 27(2): 122-123,125.
    [14] 郝东山蒋文娟 . Compton散射下强激光等离子体的辐射阻尼效应. 激光技术, 2014, 38(5): 688-691. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.024
    [15] 章海锋蓝鹏飞杨国华肖正泉 . 1维3元非磁化等离子体光子晶体禁带特性研究. 激光技术, 2011, 35(4): 566-569,572. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.04.031
    [16] 张署光张磊余天宇张满奎 . 激光除锈过程中的等离子体强度研究. 激光技术, 2013, 37(1): 56-58. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.01.014
    [17] 郝东山 . 强激光等离子体中质子加速的新机制. 激光技术, 2012, 36(5): 653-656. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.05.020
    [18] 王飞姚红兵袁蓓于水生张永康 . 激光冲击强化的冲击波幅值和飞行时间的测量. 激光技术, 2010, 34(5): 694-696. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.032
    [19] 赵小侠贺俊芳王红英杨森林李院院张相武 . 激光诱导紫铜等离子体过程中的逆韧制辐射效应. 激光技术, 2014, 38(3): 357-359. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.03.015
    [20] 唐霞辉朱海红朱国富李家 . 高功率CO2激光焊接等离子体的控制. 激光技术, 1995, 19(5): 314-316.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-09
  • 录用日期:  2014-11-03
  • 刊出日期:  2015-11-25

纳秒和飞秒激光烧蚀单晶硅的超快诊断

    通讯作者: 邱荣, qiurong@swust.edu.cn
    作者简介: 田润妮(1984-),女,硕士研究生,主要从事激光与物质相互作用研究.
  • 1. 西南科技大学-中国工程物理研究院 激光聚变中心 极端条件物质特性联合实验室, 绵阳 621010
基金项目:  国家自然科学基金-中国工程物理研究院联合基金资助项目(10976025)

摘要: 为了研究强激光烧蚀单晶硅的超快动力学过程,采用超快时间分辨光学诊断技术,对比研究了纳秒和飞秒脉冲激光烧蚀单晶硅样品表面的动态过程,获得了冲击波、等离子体和物质喷发的产生与演化过程的时间分辨图像.对于纳秒激光,当延迟时间为200ns~300ns时,观察到物质喷发现象出现,此时喷发物为气液混合物,当延迟时间为1060ns时,喷发物为小液滴;对于飞秒激光,当延迟时间为1ns~2ns时,观察到物质喷发现象出现,喷发物为等离子体.结果表明,在样品表面,纳秒激光与飞秒激光烧蚀单晶硅的动态过程有显著的不同,特别是物质喷发时间、喷发物的状态与尺寸;纳秒和飞秒激光辐照单晶硅表面引起的物质喷发都是不连续的,在激光烧蚀单晶硅引起表面物质喷发的过程中,不同的作用时间由不同的烧蚀机制主导.该结果对深入研究激光与单晶硅相互作用机制及激光刻蚀单晶硅等应用有一定帮助.

English Abstract

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