超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

黎小鹿; 李俊; 陶向阳

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

黎小鹿 , 李俊 , 陶向阳

文章导航 > 激光技术 > 2007 > 31(6): 624-626,629

引用本文:

Citation:

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

1.
江西师范大学, 物理与通信电子学院, 南昌, 330022;
2.
江西光电子与通信重点实验室, 南昌, 330022

作者简介: 黎小鹿(1983-),男,硕士研究生,主要从事激光与物质的相互作用的研究..

通讯作者: 陶向阳, xytao@163.com

中图分类号: TN241

The thermal analysis of ultrashort laser pulse ablation on semiconductor surface

1.
College of Physics and Communication Electronics, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China;
2.
Key laboratory of photoelectric & communication of Jiangxi, Nanchang 330022, China

Corresponding author: TAO Xiang-yang, xytao@163.com

CLC number: TN241

摘要: 为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.
- 激光物理 /
- 飞秒激光 /
- 有限差分法 /
- 半导体 /
- 双温方程
Abstract: To describe ultrashort laser ablation on semiconductor surface,numerical simulation of the double-temperature equation is performed by finite-difference method.The temperature fields of femtosecond,picosecond pulses laser ablation on semiconductor are showed.The results indicate that metal and semiconductor have the same time of the couple with carrier temperature and lattice temperature.Laser pulse power density is the main factors affecting temperature of carrier,the simulation results are accorded with the experiment reported by others.
- laser physics /
- femtosecond-laser /
- finite difference method /
- semiconductor /
- double-temperature equation

[1]	LI Ch D,WANG D L,LUO L et al.Feasibility of femtosecond laser writing multi-layered bit planes in fused silica for three-demensional optical data storage[J].Chinese Physics Letters,2001,18(4):541～543.
[2]	NI X Ch,WANG Q Y.Finite difference method for thermal analysis of femtosecond-picosecond pulse laser ablation on metal surface[J].Chinese Journal of Lasers,2004,31(3):277～280(in Chinese).
[3]	OSTENDORF A.Precise structuring using femtosecond lasers[J].The Review of Laser Engeering,2002,30(5):221～225.
[4]	MINOSHIMA K,KOWALEVICZ A M,HARTL I et al.Photonic device fabrication in glass by use of nonlinear materials processing with a femtosecond laser oscillator[J].Opt Lett,2001,26(19):1516～1518.
[5]	ZHAO G,CHEN J G,ZHANG J et al.Analytical description of the damage threshold of femtosecond pulses[J].Laser Technology,2006,30(1):90～92(in Chinese).
[6]	YOU M,ZHAO W,CHENG G H et al.Crystallization in PTR glass induced by irradiation of femtosecond lasers[J].Laser Technology,2006,30(1):41～42(in Chinese).
[7]	LIU Zh,LI R X,YU W et al.Heating of planar metal targets by ultrashort laser pulses[J].Acta Optic Sinica,2000,20(10):1297～1304(in Chinese).
[8]	CHNE J K,BERAUN J E,GRIMES L E et al.Modeling of femtosecond laser-induced non-equibrium deformation in metal films[J].International Journal of Solids and Structures,2002,39(12):3199～3216.
[9]	CHICHKOV B N,MOMMA C,NOLTE S et al.Femtosescond,picosecond and nanosecond laser ablation of solids[J].Appl Phys,1996,A63(2):109～115.
[10]	ANISIMOV S I,KAPELIOVICH B L,PERELMAN T L.Electron emission from metal surfaces exposed to ultra-short laser pulses[J].Soviet Physics-Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters,1974,39(2):375～377.
[11]	SHEN Z H,LU J,NI X W.Study of the heating mechanism of a Semiconductor irradiated by picosecond and nanosecond laser pulses[J].Chinese Journal of Lasers,1999,26(9):859～863(in Chinese).
[12]	ALLMEN M V.Laser-beam interaction with materials physical principles and applications[M].Berlin:Springer-Verlag,1987.201～207.
[13]	LOU F,JIANG J J,SUN C W.Variation in damage thresholds of Si photodiodes with laser pulse duration[J].High Power Laser and Particle Beams,2004,16(6):685～688(in Chinese).
[14]	ELSAYED-ALI H E,NORRIS T B,PESSOT M A et al.Time-resolved observation of electron-phonon relaxation in copper[J].Phys Rev Lett,1987,58(12):1212～1215.

[1]	马竞 , 朱煜 , 杨开明 . 应用飞秒激光双光子吸收还原金属离子. 激光技术, 2010, 34(3): 395-397. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.031
[2]	邓素辉 , 陶向阳 , 刘明萍 , 周彩玉 . 飞秒-纳秒脉冲激光烧蚀金属热效应分析. 激光技术, 2007, 31(1): 4-7.
[3]	李士玲 , 叶永凯 . 飞秒激光直写透明光学材料光波导的研究进展. 激光技术, 2012, 36(6): 783-787. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.018
[4]	张奇 , 沈磊 , 何博 . 飞秒激光在金属微加工中的应用. 激光技术, 2021, 45(4): 429-435. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.004
[5]	柏玲 , 赵秀丽 , 刘一 , 曲士良 , 李岩 . 飞秒激光制备光纤微孔传感器. 激光技术, 2013, 37(1): 101-104. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.01.025
[6]	于洪 . 飞秒激光脉冲宽度测量研究. 激光技术, 2013, 37(5): 679-681. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.05.025
[7]	赵尚弘 , 石磊 , 李玉江 , 朱蕊频 . 飞秒激光脉冲在大气中的光丝现象及其应用. 激光技术, 2003, 27(3): 256-258.
[8]	游牧 , 赵卫 , 程光华 , 邹快盛 . 光敏玻璃在飞秒激光作用下的析晶. 激光技术, 2006, 30(1): 40-42,46.
[9]	于海娟 , 李港 , 陈檬 , 张丙元 . 飞秒激光加工过程中光学参数对加工的影响. 激光技术, 2005, 29(3): 304-307.
[10]	王建中 , 史铁林 , 熊良才 . 飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺. 激光技术, 2008, 32(1): 88-91.
[11]	冯杰 , 范宗学 , 单常亮 , 魏欣芮 , 吴琴 , 杨永佳 , 周自刚 . 基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究. 激光技术, 2015, 39(6): 869-872. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.029
[12]	夏胜全 , 吕学超 , 王晓波 , 何建军 , 王巍 , 窦政平 . 飞秒激光测量微纳材料热物性参量研究进展. 激光技术, 2016, 40(4): 506-511. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.011
[13]	宁贵毅 , 傅贵 , 史萌 , 付永栋 , 马任德 , 苏富芳 . 飞秒激光制备光纤U形微结构应用于折射率传感. 激光技术, 2017, 41(6): 916-920. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.06.029
[14]	王英 , 李玉华 , 王新林 , 廖常锐 , 陆培祥 . 飞秒激光加工不锈钢微型悬臂梁的工艺研究. 激光技术, 2010, 34(3): 347-350. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.017
[15]	刘壮 , 方菊 , 李元成 , 张晓兵 . 飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究. 激光技术, 2022, 46(6): 736-741. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.06.004
[16]	高胜英 , 高仁喜 , 侯圣文 , 李岩 , 刘一 , 曲士良 . 飞秒激光在SiC晶体中制备高温环境用光栅. 激光技术, 2012, 36(6): 745-748. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2012.06.009
[17]	王云萍 , 侯军燕 , 袁春 , 康文运 , 陈安民 , 张鲁薇 . 飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值研究. 激光技术, 2022, 46(5): 697-701. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.05.020
[18]	姚龙元 , 刘畅 . 飞秒激光烧蚀减薄石英玻璃研究进展. 激光技术, 2023, 47(3): 345-352. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2023.03.010
[19]	王纪俊 , 沈中华 , 倪晓武 , 许伯强 , 关建飞 , 陆建 . 透明薄膜/基底系统激光超声波的有限元数值研究. 激光技术, 2006, 30(2): 177-180.
[20]	栗兴良 , 牛春晖 , 马牧燕 , 吕勇 . 单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真. 激光技术, 2016, 40(5): 730-733. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.05.023

点击查看大图

计量

文章访问数: 4455
HTML全文浏览量: 663
PDF下载量: 743
被引次数: 0

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

通讯作者: 陶向阳, xytao@163.com

作者简介: 黎小鹿(1983-),男,硕士研究生,主要从事激光与物质的相互作用的研究.

1. 江西师范大学, 物理与通信电子学院, 南昌, 330022;
2. 江西光电子与通信重点实验室, 南昌, 330022

收稿日期: 2006-09-30
录用日期: 2006-12-25
网络出版日期: 2007-12-25

关键词:

摘要: 为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.