飛秒脈沖激光燒蝕Si表面的研究.pdf

1、飛秒激光加工技術(shù)已經(jīng)為材料的微納加工提供了有力的手段。Si是最重要的半導(dǎo)體材料。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，要求在Si表面加工出具有納米尺度的微結(jié)構(gòu)。我們探索了一種利用飛秒脈沖激光在Si表面誘導(dǎo)納米微結(jié)構(gòu)的方法。飛秒激光與凝聚物質(zhì)的相互作用是重要的基礎(chǔ)物理問題，本論文從實驗上研究了這個物理過程的機(jī)制。
　　本論文利用波長800nm,脈沖寬度100fs的Ti:Sapphire脈沖激光，對單晶Si(100)表面進(jìn)行了燒蝕的研究。通過改變不同的

2、飛秒脈沖激光的脈沖數(shù)，對自然氧化的單晶Si表面進(jìn)行了燒蝕。對燒蝕后的樣品進(jìn)行了SEM測試,發(fā)現(xiàn)在高重復(fù)頻率（1kHz）,脈沖數(shù)500以上的飛秒激光輻照下,Si(100)表面形成了高度蓬松的類似分形狀態(tài)的，尺度小于十納米的SiOx納米泡沫。XPS測試表明，隨時輻照脈沖數(shù)的增加，表面的含氧量也相應(yīng)增加。當(dāng)脈沖數(shù)在500以下時，只在硅表面形成微米級的燒蝕突起和凹陷。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到1000時,Si表面幾乎全部是納米泡沫結(jié)構(gòu)。我們把SiOx納米泡沫

3、產(chǎn)生的機(jī)理歸結(jié)為：表面的Si原子在飛秒激光的作用下以等離子體的形式向外濺射，在表面附近由于與空氣分子碰撞而與氧氣反應(yīng)，從而生成SiOx并在重力作用下，落回Si的表面，形成了類似分形結(jié)構(gòu)的表面形態(tài)。
　　經(jīng)過高溫氧化制備了Si/SiO2體系。該體系經(jīng)過飛秒激光輻照后,通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)有微米級尺度的突起。測量了燒蝕后的FT-IR譜,發(fā)現(xiàn)隨脈沖數(shù)的增加1100cm-1與615cm-1附近的紅外吸收也相應(yīng)地得到加強(qiáng),1100cm-1處的