高功率激光辐照半导体及金属微观形貌研究

论文摘要

激光表面改性主要利用脉冲激光与材料表面发生反应,促进反应的材料表面的形态与性能产生改变,从而达到对材料表面性能的修饰。高功率短脉冲激光对材料的加工能够大大的克服热效应带来的弊端,它具有不需要掩膜、高效率、选择性和可定位性等优点。研究高功率激光对于半导体和金属材料的烧蚀对于材料激光加工和材料微纳结构合成具有重要的现实意义。本实验利用Nd:YAG高功率泵浦调Q激光器,对硅、碳化硅和锌进行了高功率脉冲烧蚀实验,通过调整气氛条件、脉冲次数、脉冲功率等条件,获得了不同的表面形貌。利用SEM和EDS对它们烧蚀后形成的表面形貌进行了研究,并对产生这些形貌的物理机制进行了分析。研究的主要结论是:（1）我们观测到真空背景下,硅表面激光烧蚀形成火山口状结构,大气背景下未观测到该结构。大气背景下,大部分的激光能量会被大气击穿和被后续的等离子体吸收等离子体冲击波效应不明显。而在真空环境下,硅表层与激光相互作用更强,等离子体冲击波造成了火山口状结构。低真空下对碳化硅辐照后形成了大量的柱状结构,主要原因是碳化硅具有比硅更高的熔点和硬度,且相对导热性较好,从而导致烧蚀后形貌受等离子体影响较小,形成了上述的柱状结构。（2）大气环境下对锌材料进行了烧蚀,表面生成了火山口状的熔融区域,周围的侧壁上有大量的褶皱堆积。在低真空下表面的圆形熔融区域的周围形成了较为规则的侧壁。对比发现锌在低真空环境下比在大气环境下更易制得规则的外围区域。这是因为在大气环境下,当脉冲激光进行烧蚀时,容易形成大气等离子体,气体对于侧壁的冷却凝结过程产生了影响,导致了不规则褶皱的出现。提高了脉冲激光的功率后,烧蚀锌靶后生成的表面微结构存在着显著差异。这主要是由激光束与更热和更密集的等离子体的非线性相互作用,导致等离子体压强更大,形成结构中体现了对侧壁更强烈的外推效应。（3）我们在低气压下利用脉冲激光烧蚀了锌靶,在它的中心孔洞的侧壁上出现了氧化锌微球,它的直径在1.5-7um左右。随着烧蚀次数的增加,氧化锌微球的尺度在不断增大,它的化学成分也越来越接近与氧化锌。大量微米级氧化锌球体的存在对后续激光产生了耦合增强效应,其原因是大量的氧化锌球体表面镶嵌着规则的纳米量级六边形和五边形小平面,对后续脉冲激光产生镜面反射现象,在孔洞的内表层产生汇聚增强效应,极大地提高了后续激光烧蚀的功率密度。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田志勇

导师: 付刚

关键词: 激光烧蚀,激光辐照,表面形貌研究,氧化锌微球合成

来源: 山东建筑大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 山东建筑大学

分类号: TN249

总页数: 46

文件大小: 3405K

下载量: 68

相关论文文献

• [1].脉冲激光模拟单粒子效应研究[J]. 核技术 2020(04)
• [2].窄谱强脉冲激光联合克痤隐酮凝胶治疗炎症性痤疮的临床效果[J]. 中国当代医药 2020(06)
• [3].脉冲激光放大系统信噪比提升方法及比较[J]. 信息通信 2020(04)
• [4].高压X射线衍射的脉冲激光加热方法[J]. 核技术 2020(08)
• [5].不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究[J]. 激光技术 2020(06)
• [6].脉冲激光技术在高分子材料加工中的应用[J]. 化工设计通讯 2017(02)
• [7].强脉冲激光治疗面部黄褐斑的疗效分析[J]. 中国现代药物应用 2016(01)
• [8].基于分子吸收的脉冲激光锁频方法研究[J]. 光学学报 2019(10)
• [9].三脉冲激光支持爆轰波打孔实验[J]. 电子技术与软件工程 2017(02)
• [10].重组人表皮生长因子联合可变脉冲激光治疗婴幼儿体表血管瘤[J]. 中国美容医学 2009(S1)
• [11].脉冲激光清洗的作用机理及清洗表面性能提升研究[J]. 清洗世界 2019(01)
• [12].577nm阈下微脉冲激光与传统激光治疗中心性浆液性脉络膜视网膜病变的疗效比较[J]. 临床眼科杂志 2016(02)
• [13].577nm微脉冲激光治疗中心性浆液性脉络膜视网膜病变的临床观察[J]. 黑龙江医学 2015(11)
• [14].阈下微脉冲激光与氩离子激光治疗糖尿病性黄斑水肿的临床随机对照研究(英文)[J]. 国际眼科杂志 2013(12)
• [15].连续激光溶脂和重复脉冲激光溶脂的有效性和安全性分析[J]. 中国美容医学 2014(07)
• [16].影响振镜扫描式脉冲激光加工速度的两个因素[J]. 应用激光 2011(06)
• [17].脉冲激光峰值/平均功率测试方法研究[J]. 工业计量 2008(06)
• [18].鼻内镜下脉冲激光治疗老年顽固性鼻出血[J]. 甘肃科技 2008(03)
• [19].曲安奈德联合微脉冲激光治疗糖尿病性黄斑水肿[J]. 山东大学耳鼻喉眼学报 2008(04)
• [20].577nm微脉冲激光治疗糖尿病性视网膜病变合并黄斑水肿[J]. 牡丹江医学院学报 2018(01)
• [21].脉冲激光周向探测最佳定向起爆技术（英文）[J]. 光子学报 2016(05)
• [22].纳秒双脉冲激光的控制方法[J]. 中国激光 2011(02)
• [23].强脉冲激光治疗寻常性痤疮的近期疗效观察[J]. 中国激光医学杂志 2008(04)
• [24].利用577nm阈值下微脉冲激光治疗糖尿病性黄斑水肿[J]. 国际眼科杂志 2019(05)
• [25].脉冲激光再制造船用5083铝合金防护板试验研究[J]. 稀有金属材料与工程 2018(04)
• [26].二氧化碳激光结合调Q Nd:YAG脉冲激光治疗色素痣临床观察[J]. 现代诊断与治疗 2015(24)
• [27].对进行强脉冲激光治疗的雀斑患者实施整理护理干预的效果观察[J]. 当代医药论丛 2015(02)
• [28].577nm微脉冲激光治疗中心性浆液性脉络膜视网膜病变的疗效观察[J]. 医学理论与实践 2018(04)
• [29].脉冲激光的非相干合成技术研究[J]. 激光技术 2015(02)
• [30].脉冲激光光源输出能量和辐射功率的测试研究[J]. 计量技术 2017(02)

标签：激光烧蚀论文;  激光辐照论文;  表面形貌研究论文;  氧化锌微球合成论文;