納秒脈沖激光與薄膜相互作用瞬態(tài)過程分析及表面功能結(jié)構(gòu)制備.pdf

1、新型材料和新結(jié)構(gòu)的開發(fā)和利用一直是微電子和光電子領(lǐng)域的研究熱點，而與傳統(tǒng)材料加工技術(shù)相比，納秒脈沖激光技術(shù)在材料功能性結(jié)構(gòu)制備領(lǐng)域具有得天獨厚的優(yōu)勢:首先是非接觸加工，材料兼容性強;其次是適合微小尺寸加工，通過控制激光光斑形狀和尺寸可以制備尺寸可控的表面功能性結(jié)構(gòu);更為重要的是納秒脈沖激光可以實現(xiàn)激光能量在超短時間內(nèi)與材料發(fā)生相互作用，因此納秒脈沖激光加工技術(shù)在材料表面微結(jié)構(gòu)制備領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。本文主要圍繞納秒脈沖激光在誘導(dǎo)Si

2、基半導(dǎo)體薄膜材料表面周期性納米結(jié)構(gòu)及功能性金屬薄膜電極材料制備領(lǐng)域展開研究;并通自己設(shè)計和搭建的時間分辨圖像平臺(Time-resolved image)與原位泵浦-探測平臺(In situ pump-probing)記錄納秒脈沖激光與金屬薄膜相互作用過程中材料表面形貌特征的瞬態(tài)變化。本文經(jīng)過系統(tǒng)的研究，取得了以下幾個方面的成果:
　　1、在實驗上系統(tǒng)的揭示了圓形高斯激光與傳統(tǒng)金屬薄膜(Ag、Cu)材料相互作用過程中引起材料表面形

3、貌特征的變化機理，并基于時間分辨圖像技術(shù)與原位泵浦-探測平臺，通過記錄激光輻射材料過程中引起材料表面形貌特征和材料透射率的瞬態(tài)變化過程，清楚地解釋了納秒脈沖激光與傳統(tǒng)金屬薄膜材料相互作用過程中材料的形貌學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的演化機理。此發(fā)現(xiàn)填補了在納秒激光與金屬材料相互作用過程中，材料表面形貌在材料燒蝕閾值附近演化過程的空白。
　　2、提出了一種借助于納秒脈沖激光對材料表面“冷加工”的方法，避免了高斯光斑在材料燒蝕過程中帶來的熱擴散的影

4、響。該方法采用光學(xué)衍射技術(shù)，將高斯圓形光斑轉(zhuǎn)換為方形平面光斑后，可以在銀薄膜表面得到孔邊沿整齊、內(nèi)壁光滑的孔洞結(jié)構(gòu);并通過激光燒蝕技術(shù)在Ag/PEN(Polyethylene naphthalate)柔性電極上制備高密度的方形透明孔洞陣列，獲得透射率為85.1％，電阻率為23.2Ω·sq-1的金屬Ag/PEN柔性電極材料。將此金屬Ag/PEN柔性電極材料作為Organic light-emittingdiodes(OLED)的器件的陽極

5、材料，成功替換掉了傳統(tǒng)的氧化銦錫(ITO)材料，并成功實現(xiàn)了OLED器件的電致發(fā)光現(xiàn)象。
　　3、通過多脈沖納秒激光技術(shù)實現(xiàn)了對Si基半導(dǎo)體材料表面功能性結(jié)構(gòu)的形貌調(diào)控，揭示了多脈沖納秒激光入射能量密度對Si基SiGe、Ge材料表面納米結(jié)構(gòu)（島狀、周期性條紋、圓環(huán)和SiGe/Si異質(zhì)結(jié)納米柱）形成的影響?；诠飧缮鎴隼碚撃Ｐ停晒忉屃薙iGe材料表面條紋結(jié)構(gòu)和圓環(huán)結(jié)構(gòu)的形成機理，并在實驗中驗證了散射點對激光誘導(dǎo)周期型結(jié)構(gòu)的影響。